西电吴边教授团队在《Nature Electronics》发表成果

近日，西电电子工程学院天线与微波技术重点实验室吴边教授团队在准一维表面等离激元光学与射频双透明电磁器件方面取得突破性进展，研究成果以《Optically and radiofrequency-transparent metadevices based on quasi-one-dimensional surface plasmon polariton structures》”为题发表在《自然?电子》（Nature Electronics）。西电祖浩然博士为论文第一作者，吴边教授和东南大学崔铁军院士为论文通讯作者，西电苏涛教授、刘英教授也参与了该工作，西安电子科技大学为论文第一单位。

研究团队创新性地提出了准一维表面等离激元（quasi-1D SPPs）的概念，利用周期性排列的准一维微金属线构建表面等离激元结构，可实现对表面波的高局域与强束缚，对电磁波具有任意拓扑传输与高效辐射转换等灵活调控能力。相比传统结构，金属占比降低两个数量级以上，同时具有极佳的光学透明与射频透明特性，在可见光与典型射频频段透过率均达到90%以上。准一维表面等离激元能够实现任意拓扑结构的传输并保持电磁能量的低逸散，还能对场束缚性进行有效操控，实现高束缚导行波向低束缚空间波的高效转换。因此，准一维表面等离激元结构有望构建一系列传输型和辐射型透明电磁器件，其极佳的透光特性使其在自然环境下几乎不可见。

研究团队搭建了准一维表面等离激元无线图像传输系统，并与传统ITO无线图像传输系统进行了数据传输对比实验。以典型的载波频率直接传输像素为534 pt × 490 pt的图像(西安电子科技大学校徽)，对图像进行数字化处理，然后由信号处理模块将数据转换为射频信号，再将射频信号送入准一维SPPs或ITO收发射频终端，对比了无障碍与自身作为障碍物的图像传输质量。由于准一维SPPs优异的光学透明、射频透明、高辐射效率等优势，在无线图像传输中获得了更好的图像传输质量，而在相同极端条件下，传统ITO收发终端在图像传输中发生了大量的数据丢失与图像畸变。

该工作首次提出了准一维表面等离激元的概念，揭示了准一维表面等离激元更显著的场束缚与场增强效应，验证了任意拓扑结构传输与空间辐射转换功能，以及极端条件下高质量无线图像传输能力。该技术突破了透明电磁器件的光学与射频透过率限制，为高透光与射频隐身无线传输系统提供了新思路，有望应用于5G/6G移动通讯、智能家居、物联网与车联网等高集成隐蔽化通信领域。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-023-00995-z