2026年7月20日——一种可交互寻址的有机超表面器件，为可见光波段的超表面带来了像素级可编程能力。这为成像、通信、传感或可穿戴光子学等自适应光学技术开辟了新的前景。

超表面是一种超薄光学元件，由纳米级结构阵列构成，能够以传统光学器件难以实现的方式控制光线。与通常依赖形状和厚度的传统光学元件不同，超表面利用在平坦表面上精心设计的纳米结构图案来操控光线。

“有源超表面通过实现光学功能的动态重构，正在拓展平面光学的潜力”，斯图加特大学第二物理研究所所长刘娜教授表示，“要挖掘这一潜力，我们需要学会如何在可见光波长下对二维超表面中的单个像素进行寻址。”

斯图加特大学的研究人员现已开发出一种可交互寻址的有机超表面器件，利用电控有机材料来动态控制光线。这一新平台使每个超表面像素都能独立进行电子控制，从而将用户指令直接转换为动态全息图像。该研究推动了有源超表面向可编程光学技术发展，并已发表在《自然·通讯》期刊上。

从静态功能到可编程超表面

在过去十年中，超表面利用纳米结构阵列实现了对光线的精确控制，从而革新了平面光学。尽管已有多种方法引入了主动光学调谐，但大多数超表面器件仍执行预定义的光学功能，且仅能实现有限的独立像素控制。

斯图加特研究团队的目标是实现真正可编程的超表面。为此，他们将等离子体金纳米天线与超薄电化学活性导电聚合物集成在一起。结合平面电子扇出架构，每个超表面像素均可通过亚伏级的电信号实现独立切换，响应时间达到毫秒级，同时保持可忽略的电子串扰。由此产生的平台能够通过单像素级别的电子控制，对光学功能进行动态更新。

“独立寻址是每一项可编程技术的基础”，刘娜表示，“未来的超表面将遵循同样的原则。通过为每个光学像素赋予独立的电子地址，我们将超表面从预定义的光学组件转变为可编程的光子平台，使其能够实时调整自身功能。”

打通用户与光线之间的回路

为了展示该平台的能力，研究人员将超表面器件集成到一个完整的电子控制系统中。通过计算机键盘输入的命令会被立即转换为全息投影显示的字母和数字。在第二次演示中，用户通过手持游戏手柄，可以畅玩经典游戏的全息版本，包括贪吃蛇和一款受俄罗斯方块启发的下落方块游戏。全息场景并非显示预定的光学图案，而是随着用户的操作不断演变，从而在用户、电子设备和光线之间建立起一种直接的交互回路。

“每个像素必须快速切换，同时与相邻像素保持电隔离”，该研究的第一作者黄翔宇博士解释道，“看到全息图像能即时响应用户输入，这真是一个激动人心的时刻，因为它证明了可独立寻址的超表面能够成为真正具有交互性的光学设备。”

迈向可编程有源超表面

与传统光学元件的功能在很大程度上取决于制造过程不同，同一种超表面器件只需改变电子驱动信号，即可执行不同的光学任务。这种可编程操作使得单一光学平台无需改变其物理结构，就能支持多种动态功能。

研究人员相信，这一概念的适用范围远不止于研究中展示的全息应用。随着更大规模的像素阵列、性能更优的导电聚合物以及更复杂的电子控制系统出现，可独立寻址的超表面有望为成像、通信、传感和可穿戴光子学领域带来日益强大的自适应光学技术。

“这项工作代表着向可编程有源超表面迈出的重要一步”，刘娜表示，“随着可独立寻址的光学像素的扩展性日益增强，我们期待在纳米光子学、电子学与智能控制的交叉领域，能够涌现出全新的动态光学技术机遇。”