1. 展望了光学超表面的发展前景；
2. 着重介绍了利用低维材料的混合超表面的最新进展，讨论了超表面在生物医学、计算和量子技术中的应用及挑战；
3. 预测了超表面物理和工程的未来。
充分操纵电磁波的内在特性已成为各种现代光学技术的中心目标。光学超表面已被建议用于完全控制光物质与亚波长结构的相互作用，并且在过去十年中已被广泛探索以创建下一代多功能平面光学器件。目前对超表面的研究已达到成熟阶段，其中常见材料、基本光学物理和传统工程工具已被广泛探索用于各种应用，如光弯曲、超透镜、超全息图等。一个自然的问题是未来的超表面研究将走向何方：君往何处，超表面？
近日，新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu与澳大利亚国立大学Yuri Kivshar以题为“Quo Vadis， Metasurfaces？”在《Nano Letters》上综述了超表面在光学领域的研究进展。在本文中，着重讨论了超表面未来发展的四个主要的有希望的方向。具体来说，概述了与低维材料集成的超表面，然后讨论了用于生物医学、计算和量子应用的超表面。首先，将超表面与二维（2D）材料，例如2D过渡金属二硫属化物（TMDCs）和极性范德华（vdW）材料混合，可以以设计师的方式在纳米尺度上实现对光物质相互作用的高级操纵，为下一代光子学提供新平台。对于生物系统等新应用，超表面可以大大提高生物分子检测的灵敏度，区分手性生物分子，并实现高分辨率生物成像。另一个重要趋势是使用超表面来处理、优化和编码信息，它可以执行数学计算和图像处理。
图1：超表面研究的主要里程碑和重点方向。
图2：超表面与2D材料的结合。
图3：超表面在生物医学中的应用。
图4：计算和信息超表面。
图5：量子技术超表面。
文章信息：
Cheng-Wei Qiu, Tan Zhang, Guangwei Hu, and Yuri Kivshar. Quo Vadis, Metasurfaces?. Nano Letters, (2021).
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00828
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