基于In3SbTe2/ZnS多层薄膜结构的红外波段透射-吸收-反射三功能耦合调控研究

本文创新性地提出了一种基于相变材料In3SbTe2（IST）与ZnS的多层薄膜结构，通过精确调控IST非晶态（aIST）与晶态（cIST）的相变行为，在3-14μm红外波段实现了透射率（0.76/0.72）、吸收率（0.72/0.96）和反射率（0.84/0.84）的三功能独立调控。该研究通过Fabry-Pérot（F-P）谐振腔设计与Python自动化验证，为红外伪装、光伏转换等应用提供了新型器件范式。

　　

相变材料的红外光学特性革命
红外波段（3-14μm）的光学调控在军事伪装、能源转换等领域具有重大意义。传统相变材料（PCMs）如Ge₂Sb₂Te₅（GST）受限于半导体特性，而In₃SbTe₂（IST）展现出独特的非晶态-晶态（aIST-cIST）介电-金属转变特性：晶态时介电常数实部ε'在4μm和11μm波长分别从+12.43/-92.73和+14.22/-157.70发生极性反转，这种"偏价键合"机制使其成为理想红外调控材料。

多层薄膜的智能设计
研究团队构建了IST(70nm)/ZnS(1015nm)/IST(11nm)/ZnS(1305nm)/IST(200nm)的五层结构，通过COMSOL多物理场仿真揭示了三种核心模式：

1. 高透射模式（全aIST）：在3-5μm和8-14μm波段平均透射率达0.76和0.72，源于aIST的低损耗介电特性；
2. 高吸收模式（aIST-cIST-cIST）：形成双F-P谐振腔，在8-14μm波段吸收率高达0.96；
3. 高反射模式（全cIST）：晶态IST的金属特性使两波段反射率稳定在0.84。

角度不敏感性与材料普适性
TE/TM偏振仿真显示，在入射角<70°时光学性能波动<5%。Python自动化平台验证了GST、GeTe（GT）和VO₂的替代可行性，其中GT在3-5μm波段透射性能与IST相当（差异<8%），而VO₂因热致变色特性需持续能量维持。

红外信息加密新范式
通过激光定点相变技术，可在微观区域构建aIST/cIST编码阵列，实现波长选择性的动态信息加密。这种"光学条形码"概念为热成像伪装、多光谱传感器等应用开辟了新途径。

未来展望
该研究建立的Python-COMSOL协同优化框架为智能光子器件设计提供了通用平台。下一步将聚焦大面积器件制备与机器学习动态控制系统的集成，推动红外调控技术向智能化、可编程方向发展。