主要观点总结
本文介绍了二维人工微结构（2D AMs）在光子学和光电子学领域的最新进展和潜在应用前景。文章详细描述了2D AMs的结构特点、技术挑战、研究进展以及在不同领域的应用实例。
关键观点总结
关键观点1: 2D AMs的概念及在光子学和光电子学中的应用
2D AMs是通过调控亚波长结构和集成功能材料实现光场和功能显著操控的先进技术，被广泛应用于光子学和光电子学领域。
关键观点2: 2D AMs的研究重点及挑战
研究重点是如何优化2D AMs的性能和实现更高度集成，但面临高损耗、复杂制造工艺等挑战。
关键观点3: 最新研究进展及实例
南京航空航天大学张玲珑副研究员在期刊上发表了最新综述论文，提出了多种策略和技术创新，结合2D材料与外部光子结构实现了更强的光与物质相互作用，并成功调控了光电子器件的性能。
关键观点4: 科学亮点
实验探索了基于2D AMs的光子和光电子器件，取得了显著进展，如在电子器件领域的精确控制电子和光学性能，以及在光子器件方面的独特优势。
关键观点5: 结论展望
文章总结了2D AMs在光子学和光电子学领域的进展和潜在应用前景，指出了面临的挑战和未来的发展方向，包括商业化和大规模应用方面的挑战。
正文
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【成果介绍】
二维人工微结构（2D AMs）是通过调控亚波长结构和集成功能材料来实现光场和功能显著操控的先进技术。这些结构包括超表面、超晶格、异质结构和微腔，被广泛应用于光子学和光电子学领域，以其能够调节光的幅度、相位、偏振状态和掺杂水平而闻名。
随着这些器件的发展，研究重点逐渐转向了如何优化其性能以及如何实现更高度集成。然而，尽管2D AMs展现出巨大的潜力，但仍面临着诸如高损耗、复杂制造工艺以及材料与设备性能之间的匹配等挑战。
为了应对这些挑战，南京航空航天大学张玲珑副研究员在“Adv. Sci.”期刊上发表了题为“Enhancing 2D Photonics and Optoelectronics with Artificial Microstructures”的最新综述论文。在文中，科学家们提出了多种策略和技术创新。例如，通过结合2D材料与外部光子结构，如金属光子晶体和纳米光子学元件，实现了更强的光与物质相互作用。此外，利用外部刺激如垂直电场和增强光场，科学家们成功地调控了光电子器件的性能，包括响应速度、能效以及波长调谐范围的扩展。这些努力不仅提升了器件的性能，还推动了2D AMs技术在高性能光电子设备中的应用。
最新的研究显示，通过探索超晶格和异质结构等新型结构，科学家们能够实现一些前所未有的物理特性和应用潜力。例如，扭曲角度调控的石墨烯超晶格展示了非传统超导性和相关绝缘态，为新型超导和量子器件提供了新的可能性。此外，合成超表面和光子晶体的引入，不仅提升了光子学器件的性能，还推动了全光开关等新兴技术的发展。
【科学亮点】
(1) 实验首次探索了基于二维人工微结构（2D AMs）的光子和光电子器件，通过整合功能材料和调制亚波长结构，提供了强大的光场和功能操控平台。
(2) 实验结果表明，2D AMs在电子器件领域取得了显著进展。例如，通过扭曲角度调节，实现了对电子和光学性能的精确控制。此外，异质结构和超晶格结构的应用显著增强了器件性能，如在二维超导体的不寻常超导现象中展现出相关绝缘态。这些结果不仅推动了新型电子器件的发展，还为基于二维材料的新型光电子器件提供了理论和实验基础。
(3) 在光子器件方面，实验展示了2D AMs在光场调控中的独特优势。例如，超表面的应用通过调节表面阻抗实现了光传输和反射的精确控制，大大拓展了光学成像和通信应用的可能性。同时，几何超表面全息图和高纵横比金属透镜的成功制备，展示了2D AMs在高分辨率成像和非线性光学领域的潜力。
(4) 在光电子器件方面，实验揭示了外部刺激如垂直电场和等离子体约束对光电子性能的显著影响。这些创新性的设计不仅改善了器件的响应速度和能效，还为全光开关等新型器件的实现奠定了基础。
【图文解读】
图1：典型的2D增材制造（AM）设备时间轴。
图2.
2D AM电子应用。
图3. 2D AM电子应用。
图4： 2D AM光子应用。
【结论展望】
本文展示了二维人工微结构（2D AMs）在光子学和光电子学领域的最新进展及其潜在应用前景。首先，通过整合异质结构、超晶格、超表面和微腔等多种2D AM结构，研究人员成功地实现了光子和电子性能的精确调控。这些结构不仅能够调节光的振幅、相位和偏振状态，还能够增强光与物质之间的相互作用，为实现高效能光电子器件打下了坚实基础。例如，通过调节二维材料的叠层角度形成的moire图案，展示了电子和光子在微观尺度上的可调性和新颖性，这对量子信息存储、处理和传输具有重要意义。
其次，文章深入探讨了在电子器件、光子器件和光电子器件中的具体应用和进展。在电子器件方面，2D AMs表现出优异的电子传输性能，如高迁移率和低阈值电压，适用于场效应晶体管和存储器件。而在光子器件和光电子器件领域，2D AMs的高吸收率、快速响应时间和高光电转换效率使其成为红外和太赫兹探测器的理想选择，同时也有望在光通信和传感器技术中发挥重要作用。
最后，文章指出了面临的挑战和未来的发展方向。制造复杂性和设计难度的增加是当前研究面临的主要挑战，需要进一步发展通用和高效的制造技术。此外，尽管2D AMs在学术和工业界显示出巨大潜力，但其商业化和大规模应用仍面临诸多挑战，包括材料合成、器件稳定性和制造成本等方面的限制。
文献信息：
https://doi.org/10.1002/advs.202403176
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