瑞典林雪平大学研究团队在光学超表面领域取得重大进展，通过纳米结构的精准布局与集体晶格共振效应，将导电塑料基光学超表面的性能提升达10倍。相关成果发表于《自然·通讯》，为动态光学器件、全息成像、生物传感等领域开辟了新路径。

传统玻璃透镜受限于体积与重量，在微型化场景中应用受限。光学超表面通过在平面上排列纳米级结构（如天线阵列），利用光的相位、振幅调控实现聚焦、偏振转换等功能，成为替代传统透镜的理想方案。例如，超透镜可将相机镜头厚度压缩至微米级，同时满足高分辨率成像需求。然而，现有金属或半导体超表面普遍存在功能固定化缺陷，无法动态调整光学特性，制约了其在自适应光学、可重构系统中的应用。

电子展了解到，2019年，该团队首次发现导电塑料（如聚吡咯）兼具金属般的光学响应能力与聚合物的可调控特性，可作为超表面天线材料。新研究进一步揭示，通过精确控制纳米天线间距（纳米级精度），可激发集体晶格共振效应——当入射光频率与天线阵列周期性匹配时，相邻天线间的光场耦合显著增强，使光-物质相互作用强度提升10倍。这种协同效应不仅提高了光调控效率，更赋予超表面动态切换功能：通过施加电场改变导电塑料的电子结构，可实时调整共振频率，实现焦点位置或偏振状态的快速切换。

研究团队通过电子束光刻技术制备了间距为200纳米的聚吡咯纳米天线阵列。实验表明，在近红外波段，该超表面的光场调控效率较单一金属天线提升一个数量级，同时保持低于10纳米的相位调控精度。理论模拟显示，集体晶格共振可使能量局域化程度提高50%，这意味着同等尺寸下可实现更强的光学非线性效应，为低功耗光开关、可调谐激光器等器件提供了可能。

电子展了解到，该技术突破为多个领域带来变革机遇：

·全息显示：动态超表面可实时生成三维全息图像，推动裸眼3D显示与远程全息通信发展；

·生物医学：可调谐超透镜用于光学相干断层成像（OCT），可提升活体组织成像分辨率至单细胞级别；

·隐身技术：通过动态调控光散射模式，实现物体在特定波段的隐形效果；

·传感器：基于共振频率变化的高灵敏度化学/生物传感器，检测极限可达单分子水平。

目前，团队正与瑞典企业合作开发柔性光学超表面原型器件，目标在5年内实现基于导电塑料的动态超表面商业化。随着材料科学与纳米加工技术的进步，这种兼具高性能与可调控性的光学元件，有望重塑从消费电子到尖端科研的光学应用版图，推动“平面光学”时代的加速到来。

文章来源：科技日报