天大團隊太赫茲超表面研究取得突破　抗製造誤差器件有望規模化生產

（香港文匯報記者 張聰 天津報道）太赫茲波介於微波與光之間，在成像、傳感、通信等領域前景廣闊，對該波段的操控依賴於一類微納器件——超表面。然而，此類器件對製造誤差高度敏感，微小偏差即可導致功能失效，難以批量生產。近日，天津大學吳亮、姚建銓團隊聯合中國科學院空天信息創新研究院、南方科技大學，在《國家科學評論》發表研究成果，提出S4點群對稱的雙層太赫茲超表面，實現抗製造誤差的準連續域束縛態（QBIC），為高性能太赫茲光子器件規模化製造提供新範式。

「連續域束縛態」是一種損耗極低、共振極強的電磁模式，其中「對稱保護型」可通過打破對稱調節性能，是超表面研究熱點。但主流單層、面內對稱方案對微小缺陷極敏感、加工門檻高，更高階對稱機制研究不足，如何兼顧高性能與加工容錯成為待解難題。

針對這一難題，團隊將兩層完全相同的單層超表面沿豎直方向旋轉90°疊合，打破反演對稱，構建出S4點群對稱的雙層結構。上層兩個橢圓柱平行時滿足S4對稱，形成兩個「暗模」；打破對稱後，暗模轉化為可用的準束縛態。

實驗顯示，該結構即便加工錯位仍能穩定共振：錯位不超過42微米時，共振頻率偏移小於0.01太赫茲，品質因子穩定在100以上，避免了傳統結構性能「斷崖式」下跌。團隊製備零偏移、左移15微米、右移20微米三種樣品實測，光譜依舊清晰，與仿真吻合。

「這項成果源於我在《固體物理》課程教學中的思考。」論文通訊作者、天津大學精儀學院副教授吳亮介紹，在講解S4點群內容時發現缺乏直觀前沿實例，便將對稱理論同超表面結合，催生此項研究。

據悉，此項研究有望推動太赫茲技術走向實用。醫療上，可靈敏檢測癌細胞和微量分子，降低批量生產成本；通信上，太赫茲被視為6G重要頻段，抗誤差設計有助於製造大面積可重構智能表面；成像與安檢上，單次脈衝即可完成太赫茲成像，可用於半導體缺陷檢測、違禁品無損檢查和藥品質量控制。