Nature大刊：导电材料-控制光

光正在成为人类和技术之间最有效的信息载体。例如，光学显示器通过智能手机和混合现实眼镜促进了信息消费的个性化 。用于光传输的微型植入式设备也在生物光子学中开辟了应用，包括微创传感、内窥镜成像和光遗传学刺激 。软材料在与生物系统接口方面具有强大的优势。为了实现下一代人-光子界面，需要能够用柔软、刺激响应和机械自适应材料动态操纵光波前形状的光电设备。

光学超表面是实现上述目标的主要候选者。它们通过雕刻密集的光散射纳米结构阵，实现基本上扁平的光学组件。然而，它们通常由刚性的无机材料制成，这些材料在制造后的几何形状和相关的光散行为难以调整。动态电调谐通常受到可见光谱范围内弱电折射效应的限制，这对于与成熟的电子控制系统进行可扩展集成是有利。只有在强材料共振附近，才能实现有用的、接近单位的折射率变化。不幸的是，克劳斯-克罗宁关系表明，大范围的调整必然以强烈的光学吸收为代价。此外，将传统的刚性光学材料集成到与人体兼容的柔性设备中在技术上具有性。所有这些限制都促使人们寻找替代的材料平台和超表面的调谐概念。

为了寻找灵感，我们转向生物系统。自然界中的光学元件是柔软、可变形和可重构的。其中一些系统显示出可调性，这是由柔软聚合物的形状变化引起的，这强调了几何形状可以成为改变光学响应的有力杠杆。例如，变色的颜色变化是由其皮肤中的色素细胞收缩驱动的。基于可变形柔软材料的电控光学元件集中于使用光子晶体和薄膜法布-珀罗（FP）腔来调节结构色，或者使用微米或毫米级的光学元件（如微透镜）来控制光的。

我们的目标是扩展刺激-响应聚合物基元表面的功能，并使其能够控制光的流动。这需要对局部光射的幅度和相位进行确定性和任意性的控制。先前的研究表明，微电子机械系统非常适合这一目的。最近的研究表明，通过镜面硅天线阵列和等离子体纳米天线，可以实现对散射波的全相位（0-2π）控制和大振调制，这表明几何重构在相位控制方面具有潜力。使用刺激-响应软材料代替更刚性的微电子机械系统设备进行几何的可能性，可以为使用柔软、灵活、可穿戴技术进行波前整形开辟机会。