嵌套式超原子实现的无串扰频率-自旋复用多功能器件

来源：电子与信息学报杂志2026年第5期北京时间：

作者：张明, 董朋, 陶恩, 杨琳, 韩琦, 何宇航, 侯卫民, 李康

单位：1.河北科技大学信息科学与工程学院 石家庄 0500182.南开大学物理科学学院 天津 3000713.西安电子科技大学集成电路学院 西安 710003

摘要：电磁波的多种物理自由度为实现超高信息容量的多功能超表面提供了广阔的维度复用空间。然而，现有的多维度复用超表面通常依赖复杂的多层设计或空间划分，导致器件制备成本较高，且信道间往往存在不可避免的串扰。为简化设计并提高信道隔离度，该研究提出了一种基于嵌套式双光谱超原子的无串扰频率-自旋复用单层超表面。通过精心设计，无串扰双光谱超原子的物理结构和电磁响应能够同时巧妙地表示为两个单光谱超原子的线性叠加，显著降低了复用设计的复杂度。作为概念验证，设计并制备了两款超表面器件，分别在由两个频率和两个自旋态组成的4个信道中实现了独立且无串扰的涡旋光束生成和全息成像功能。实验结果验证了多维复用超表面优异的信道隔离性能。该方法为超表面在提升信息容量方面提供了一种简单、低成本且无串扰的解决方案，并在6G多通道无线通信和全息成像等领域展现出广阔的应用前景。

关键词：超表面, 频率-自旋复用, 无串扰, 双光谱超原子

基金资助：国家重点研发计划(2022YFB4400400)，国家自然科学基金(62105093, 62441401)，国家重点实验室基础科学研究创新基金(IFN20230113)，河北省重大科技支撑项目(24290201Z)，河北省教育厅青年拔尖人才项目(BJK2023036)