Hydrogel‐Based, Dynamically Tunable Plasmonic Metasurfaces with Nanoscale Resolution

材料科学 等离子体子 纳米点 超材料 纳米柱 纳米尺度 纳米光子学 光电子学 纳米结构 纳米技术 微尺度化学 表面等离子体激元 表面等离子体子 光学 物理 数学教育 数学
作者
Jian Zhang,Qiang Li,Chenjie Dai,Mingliang Cheng,Xin Hu,Hyun‐Sik Kim,Heesun Yang,Daniel J. Preston,Zhongyang Li,Xuefeng Zhang,Won‐Kyu Lee
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (48) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202205057
摘要

Abstract Flat metasurfaces with subwavelength meta‐atoms can be designed to manipulate the electromagnetic parameters of incident light and enable unusual light–matter interactions. Although hydrogel‐based metasurfaces have the potential to control optical properties dynamically in response to environmental conditions, the pattern resolution of these surfaces has been limited to microscale features or larger, limiting capabilities at the nanoscale, and precluding effective use in metamaterials. This paper reports a general approach to developing tunable plasmonic metasurfaces with hydrogel meta‐atoms at the subwavelength scale. Periodic arrays of hydrogel nanodots with continuously tunable diameters are fabricated on silver substrates, resulting in humidity‐responsive surface plasmon polaritons (SPPs) at the nanostructure–metal interfaces. The peaks of the SPPs are controlled reversibly by absorbing or releasing water within the hydrogel matrix, the matrix‐generated plasmonic color rendering in the visible spectrum. This work demonstrates that metasurfaces designed with these spatially patterned nanodots of varying sizes benefit applications in anti‐counterfeiting and generate multicolored displays with single‐nanodot resolution. Furthermore, this work shows system versatility exhibited by broadband beam‐steering on a phase modulator consisting of hydrogel supercell units in which the size variations of constituent hydrogel nanostructures engineer the wavefront of reflected light from the metasurface.
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