近日，西安電子科技大學李龍教授團隊與東南大學崔鐵軍院士合作在自驅動可編程信能同傳超材料/超表面方面取得了突破性進展，研究成果以《Tailless Information-Energy Metasurface》為題發表于國際權威刊物《先進材料》（Advanced Materials，IF: 29.4）。西安電子科技大學常明揚博士為第一作者，李龍教授和東南大學崔鐵軍院士為通訊作者，西安電子科技大學為第一單位。
該成果提出了一種全新的自驅動無尾信能超材料/超表面系統。可編程超表面因其集成了有源微波控制器件，如PIN二極管、變容二極管、MEMS開關或三極管等，可根據外部環境需求對電磁波和信息進行實時動態的調控，為新型電子信息系統提供了一種全新的范式，在5G/6G無線通信智能超表面（RIS）領域和新體制雷達相控陣領域具有重要的應用前景。但目前的可編程超表面需要外部的直流電源驅動，通過直流偏置網絡才能實現對有源器件的控制，這根電源線就像尾巴一樣，大大約束了可編程超表面的應用和部署，特別是在一些無人值守的區域、峽谷或山區等存在供電困難的特殊應用場景。
為了克服上述困難，實現可編程超表面“無尾化”的這個愿景，研究人員將可編程超表面技術和無線功率傳輸與自適應無線能量收集技術相結合，創新性的提出了一種雙頻共口徑自驅動無尾信能超表面系統。該系統通過兩種工作模式，實現了無線收能-供能-通信的閉環，擺脫了電源線或電池的束縛，突破了傳統可編程超表面集成度低，受外部電源驅動和距離限制嚴重等問題。研究人員在室內和室外場景中測試了自驅動無尾信能超表面系統的無線信道調控能力以及無線能量和信息同時傳輸的實驗效果，這些實驗驗證了無尾信能超表面的可行性和有效性，為可編程超表面的供電方式提供了一種新的思路。
圖1自驅動“無尾”信能超表面系統示意圖 （Adv. Mater.2024, 2313697）
圖2自驅動信能超表面和整流網絡的性能（Adv. Mater.2024, 2313697）
該工作提出了一種全新的自驅動無尾信能超材料/超表面系統。深度研究了無尾信能超表面的實現模型和工作參數，通過引入能量超表面和整流網絡，去除了傳統可編程超表面中的外部直流電源，實現了非接觸式遠程可編程超表面的自供電模式，解決可編程超表面系統的拖尾問題。該系統可實現無線能量和信息的同時傳輸，進一步提升了“無尾”信能超表面的集成度和應用度，為大規模自驅動可編程信能同傳超材料新型電子系統的研制奠定了基礎。本文得到國家自然科學基金信息超材料基礎科學中心、國家重點研發計劃、陜西省科技創新團隊等項目資助。
論文信息：
M. Chang, Y. Mu, J. Han, G. Li, Y. Li, H. Liu, L. Li*, T. J. Cui*, Tailless Information–Energy Metasurface.Advanced Materials,2024, 2313697.
https://doi.org/10.1002/adma.202313697
