基于磁性超原子的非互易超表面

超表面、二维(2D)或平面版本的超材料表现出天然材料中通常没有的特性。由于它们是扁平的，这些材料通常可以使用广为人知的制造工艺生产，并且可能有助于控制电磁波在各种设备中的传播。

大多数超表面遵循所谓的洛仑兹互易定理概述的规则，这基本上意味着它们表现出与电磁波传播方向对称对齐的特征。非互易超表面是一类不服从洛仑兹互易定理的新兴超表面。

与传统的超表面相比，非互易超表面可以在向前和向后传播的波上编码光学函数。这一关键特性可能使它们特别有希望用于开发多种技术，包括非互易天线或称为天线罩的保护结构，这些结构旨在保护雷达天线或无线通信系统的运行。

中国电子科技大学和麻省理工学院(MIT)的研究人员最近开发了一种新的非互易和磁性超表面，可用于创建具有各种非互易功能的新设备。这个超表面在Nature Electronics中介绍，是使用一系列由镧(La)掺杂的六铁氧体钡(BaFe12O19).

“我们报告了一种基于由La掺杂BaFe制成的磁性超原子的自偏非互易超表面12O19“杨伟浩、秦军和他们的同事在他们的论文中写道。“超表面提供高达77%的透射率和±64°的操作角度。”

从本质上讲，团队的非互易超表面中包含的每个元原子都可以沿不同方向单独磁化。利用他们设计的这一关键特征，研究人员能够设计他们的超表面，以获得双向、非互易的相梯度轮廓。

在最初的实验中，他们随后表明，由此产生的超表面可以实现广泛的功能，这对于创建不同的设备和电子元件是有利的。例如，它们可用于实现电磁波隔离、循环和全双工传输。

“我们表明它们可以用于按需双向相位调制，它提供了非互易功能，包括微波隔离，非互易光束转向，非互易聚焦和非互易全息，”Yang，Qin和他们的同事在他们的论文中写道。“通过使用不同的自偏置磁性材料，该方法也可能扩展到兆赫兹和光学频率。

在未来，Yang，Qin及其同事创造的新的非互易超表面可用于开发新的有前途的电子产品，包括非互易天线和天线罩。此外，他们创造的创新设计可以激励其他团队基于自偏磁性元原子创建其他类似的超表面。

在接下来的研究中，研究人员可以使用不同的自偏元原子来扩展其超表面的工作频率，可能覆盖兆赫兹到光波频率。此外，他们计划进一步提高基于其超表面的设备的整体性能，例如通过降低与其当前设计相关的效率、插入和反射损耗。

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