近日，物理科学与技术学院杨志林教授团队与汕头大学李明德教授团队合作，利用针尖支撑半悬浮态超表面成功实现了低损耗超快全光纳米机械操控，并将光机转换效率和振荡时间提高了近两个数量级。相关成果以“Gigahertz Optoacoustic Vibration in Sub-5 nm Tip-supported Nano-optomechanical Metasurface”为题发表在国际期刊《Nature Communications》上。

纳米光机系统指通过光诱导电磁力、热应力、辐射压力或梯度力来驱动纳米结构运动或机械振荡的能量转化系统，由于其精确可控的光学共振和机械振荡响应特性而在全光机械操纵、光信号处理、超灵敏机械传感以及声子的量子操纵等方面具有巨大的应用潜力。然而，传统的光机械系统由于较高的能量损耗问题而严重限制了纳米光机械系统的进一步发展。在该工作中，杨志林教授团队通过导向自组装和电感耦合等离子体刻蚀工艺，成功设计并制备了一种针尖支撑的超高均一度半悬浮态纳米光机械超表面，该超表面可达到平方厘米量级。小于5纳米的针尖支撑的半悬浮超表面有效地提高了光机系统对脉冲激光的近场能量耦合效率，同时最大程度地减小了结构的机械能和热能损耗，最终在超快全光光机操控中大幅度提高了光机转换效率，并将有效振荡时间提高了近两个数量级。这种多通道能量减损的纳米光机系统的设计思路可以被推广到目前绝大多数片上加工的光机械系统的性能提升上。同时，这种半悬浮态光机超表面的结构设计策略将推动稳态超材料向超快可重构的方向发展，并将进一步推动光机系统的高度集成化。

厦门大学物理科学与技术学院2019级博士研究生高稔现为第一作者，何勇林博士为共同第一作者，第三作者为该院本科生张杜萌。厦门大学物理科学与技术学院杨志林教授，汕头大学化学化工学院李明德教授为通讯作者。厦门大学李剑锋教授、孙国亚副教授在结构表征及数据分析中提供了重要支持和帮助。汕头大学硕士研究生何佳兴在瞬态光学表征方面提供了重要支持。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36127-6