The coding metasurface integrated with tunable materials offers an attractive alternative to manipulate the THz beam dynamically. In this work, we demonstrate a THz programmable metasurface based on liquid crystal. The phase profile on the metasurface could be dynamically manipulated by switching the “0” and “1” states of each element. The programmable metasurface could deflect the THz beam using the designed coding sequence, and a maximum deflection angle of 32° has been achieved. The presented design opens a route of beamforming for THz communication.

1.
M.
Tonouchi
,
Nat. Photonics
1
,
97
(
2007
).
2.
T.
Nagatsuma
,
G.
Ducournau
, and
C. C.
Renaud
,
Nat. Photonics
10
,
371
(
2016
).
3.
W. L.
Chan
,
J.
Deibel
, and
D. M.
Mittleman
,
Rep. Prog. Phys.
70
,
1325
(
2007
).
4.
F.
Sizov
and
A.
Rogalski
,
Prog. Quantum Electron.
34
,
278
(
2010
).
5.
X.
Fu
,
F.
Yang
,
C.
Liu
,
X.
Wu
, and
T. J.
Cui
,
Adv. Opt. Mater.
8
,
1900628
(
2019
).
8.
N.
Yu
,
P.
Genevet
,
M. A.
Kats
,
F.
Aieta
,
J.-P.
Tetienne
,
F.
Capasso
, and
Z.
Gaburro
,
Science
334
,
333
(
2011
).
9.
N. A.
Rubin
,
G.
D'Aversa
,
P.
Chevalier
,
Z.
Shi
,
W. T.
Chen
, and
F.
Capasso
,
Science
365
,
eaax1839
(
2019
).
10.
Q.
He
,
S.
Sun
,
S.
Xiao
, and
L.
Zhou
,
Adv. Opt. Mater.
6
,
1800415
(
2018
).
11.
N.
Yu
and
F.
Capasso
,
Nat. Mater.
13
,
139
(
2014
).
12.
H.-T.
Chen
,
W. J.
Padilla
,
J. M. O.
Zide
,
A. C.
Gossard
,
A. J.
Taylor
, and
R. D.
Averitt
,
Nature
444
,
597
(
2006
).
13.
P.
Conversion
,
N. K.
Grady
,
J. E.
Heyes
,
D. R.
Chowdhury
,
Y.
Zeng
,
M. T.
Reiten
,
A. K.
Azad
,
A. J.
Taylor
,
D. A. R.
Dalvit
, and
H.
Chen
,
Science
340
,
1304
(
2013
).
14.
C. M.
Watts
,
D.
Shrekenhamer
,
J.
Montoya
,
G.
Lipworth
,
J.
Hunt
,
T.
Sleasman
,
S.
Krishna
,
D. R.
Smith
, and
W. J.
Padilla
,
Nat. Photonics
8
,
605
(
2014
).
15.
H.
Tao
,
C. M.
Bingham
,
A. C.
Strikwerda
,
D.
Pilon
,
D.
Shrekenhamer
,
N. I.
Landy
,
K.
Fan
,
X.
Zhang
,
W. J.
Padilla
, and
R. D.
Averitt
,
Phys. Rev. B.
78
,
241103(R)
(
2008
).
16.
J.
Gu
,
R.
Singh
,
X.
Liu
,
X.
Zhang
,
Y.
Ma
,
S.
Zhang
,
S. A.
Maier
,
Z.
Tian
,
A. K.
Azad
,
H.
Chen
,
A. J.
Taylor
,
J.
Han
, and
W.
Zhang
,
Nat. Commun.
3
,
1151
(
2012
).
17.
T. J.
Cui
,
M. Q.
Qi
,
X.
Wan
,
J.
Zhao
, and
Q.
Cheng
,
Light Sci. Appl.
3
,
e218
(
2014
).
18.
S.
Liu
and
T. J.
Cui
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
23
,
4700312
(
2017
).
19.
L.-H.
Gao
,
Q.
Cheng
,
J.
Yang
,
S.-J.
Ma
,
J.
Zhao
,
S.
Liu
,
H.-B.
Chen
,
Q.
He
,
W.-X.
Jiang
,
H.-F.
Ma
,
Q.-Y.
Wen
,
L.-J.
Liang
,
B.-B.
Jin
,
W.-W.
Liu
,
L.
Zhou
,
J.-Q.
Yao
,
P.-H.
Wu
, and
T.-J.
Cui
,
Light Sci. Appl.
4
,
e324
(
2015
).
20.
S.
Liu
,
T. J.
Cui
,
Q.
Xu
,
D.
Bao
,
L.
Du
,
X.
Wan
,
W. X.
Tang
,
C.
Ouyang
,
X. Y.
Zhou
,
H.
Yuan
,
H. F.
Ma
,
W. X.
Jiang
,
J.
Han
,
W.
Zhang
, and
Q.
Cheng
,
Light Sci. Appl.
5
,
e16076
(
2016
).
21.
S.
Liu
,
T. J.
Cui
,
L.
Zhang
,
Q.
Xu
,
Q.
Wang
,
X.
Wan
,
J. Q.
Gu
,
W. X.
Tang
,
M.
Qing Qi
,
J. G.
Han
,
W. L.
Zhang
,
X. Y.
Zhou
, and
Q.
Cheng
,
Adv. Sci.
3
,
1600156
(
2016
).
22.
L.
Zhang
,
X. Q.
Chen
,
S.
Liu
,
Q.
Zhang
,
J.
Zhao
,
J. Y.
Dai
,
G. D.
Bai
,
X.
Wan
,
Q.
Cheng
,
G.
Castaldi
,
V.
Galdi
, and
T. J.
Cui
,
Nat. Commun.
9
,
4334
(
2018
).
23.
T.-J.
Cui
,
S.
Liu
, and
L.-L.
Li
,
Light Sci. Appl.
5
,
e16172
(
2016
).
24.
J.
Zhao
,
X.
Yang
,
J. Y.
Dai
,
Q.
Cheng
,
X.
Li
,
N. H.
Qi
,
J. C.
Ke
,
G. D.
Bai
,
S.
Liu
,
S.
Jin
,
A.
Alù
, and
T. J.
Cui
,
Natl. Sci. Rev.
6
,
231
(
2019
).
25.
L.
Li
,
H.
Ruan
,
C.
Liu
,
Y.
Li
,
Y.
Shuang
,
A.
Alù
,
C.-W.
Qiu
, and
T. J.
Cui
,
Nat. Commun.
10
,
1082
(
2019
).
26.
L.
Li
,
Y.
Shuang
,
Q.
Ma
,
H.
Li
,
H.
Zhao
,
M.
Wei
,
C.
Liu
,
C.
Hao
,
C.-W.
Qiu
, and
T. J.
Cui
,
Light Sci. Appl.
8
,
97
(
2019
).
27.
L.
Li
,
T.
Jun Cui
,
W.
Ji
,
S.
Liu
,
J.
Ding
,
X.
Wan
,
Y.
Bo Li
,
M.
Jiang
,
C.-W.
Qiu
, and
S.
Zhang
,
Nat. Commun.
8
,
197
(
2017
).
28.
Q.
Ma
,
G. D.
Bai
,
H. B.
Jing
,
C.
Yang
,
L.
Li
, and
T. J.
Cui
,
Light Sci. Appl.
8
,
98
(
2019
).
29.
M.
Tamagnone
,
S.
Capdevila
,
A.
Lombardo
,
J.
Wu
,
A.
Centeno
,
A.
Zurutuza
,
A. M.
Ionescu
,
A. C.
Ferrari
, and
J. R.
Mosig
, arXiv:1806.02202 (
2018
).
30.
Z.
Miao
,
Q.
Wu
,
X.
Li
,
Q.
He
,
K.
Ding
,
Z.
An
,
Y.
Zhang
, and
L.
Zhou
,
Phys. Rev. X
5
,
041027
(
2015
).
31.
P. Q.
Liu
,
I. J.
Luxmoore
,
S. A.
Mikhailov
,
N. A.
Savostianova
,
F.
Valmorra
,
J.
Faist
, and
G. R.
Nash
,
Nat. Commun.
6
,
8969
(
2015
).
32.
S.
Savo
,
D.
Shrekenhamer
, and
W. J.
Padilla
,
Adv. Opt. Mater.
2
,
275
(
2014
).
33.
Z.
Shen
,
S.
Zhou
,
S.
Ge
,
W.
Duan
,
P.
Chen
,
L.
Wang
,
W.
Hu
, and
Y.
Lu
,
Opt. Lett.
43
,
4695
(
2018
).
34.
G.
Zhou
,
P.
Dai
,
J.
Wu
,
B.
Jin
,
Q.
Wen
,
G.
Zhu
,
Z.
Shen
,
C.
Zhang
,
L.
Kang
,
W.
Xu
,
J.
Chen
, and
P.
Wu
,
Opt. Express
25
,
17322
(
2017
).
35.
P.
Pitchappa
,
A.
Kumar
,
S.
Prakash
,
H.
Jani
,
T.
Venkatesan
, and
R.
Singh
,
Adv. Mater.
31
,
1808157
(
2019
).
36.
C.
Li
,
J.
Wu
,
S.
Jiang
,
R.
Su
,
C.
Zhang
,
C.
Jiang
,
G.
Zhou
,
B.
Jin
,
L.
Kang
,
W.
Xu
,
J.
Chen
, and
P.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
092601
(
2017
).
37.
S.
Li
,
X.
Xu
,
R.
Maruthiyodan Veetil
,
V.
Valuckas
,
R.
Paniagua-Domínguez
, and
A. I.
Kuznetsov
,
Science
364
,
1087
(
2019
).
38.
L.
Wang
,
S.
Ge
,
W.
Hu
,
M.
Nakajima
, and
Y.
Lu
,
Opt. Mater. Express
7
,
2023
(
2017
).
39.
C.-J.
Lin
,
Y.-T.
Li
,
C.-F.
Hsieh
,
R.-P.
Pan
, and
C.-L.
Pan
,
Opt. Express
16
,
2995
(
2008
).
40.
C.-J.
Lin
,
C.-H.
Lin
,
Y.-T.
Li
,
R.-P.
Pan
, and
C.-L.
Pan
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
21
,
730
(
2009
).
41.
C.-L.
Pan
,
C.-J.
Lin
,
C.-S.
Yang
,
W.-T.
Wu
, and
R.-P.
Pan
, in
Liquid Crystals-Recent Advancements in Fundamental and Device Technologies
, edited by
P. K.
Choudhury
(
IntechOpen
,
2018
).
42.
G.
Isić
,
B.
Vasić
,
D. C.
Zografopoulos
,
R.
Beccherelli
, and
R.
Gajić
,
Phys. Rev. Appl.
3
,
064007
(
2015
).
43.
B.
Vasic
,
G.
Isic
,
R.
Beccherelli
, and
D. C.
Zografopoulos
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
26
,
7701609
(
2020
).
44.
L.
Wang
,
X.
Lin
,
X.
Liang
,
J.
Wu
,
W.
Hu
,
Z.
Zheng
,
B.
Jin
,
Y.
Qin
, and
Y.
Lu
,
Opt. Mater. Express
2
,
1314
(
2012
).
45.
D.
Headland
,
T.
Niu
,
E.
Carrasco
,
D.
Abbott
,
S.
Sriram
,
M.
Bhaskaran
,
C.
Fumeaux
, and
W.
Withayachumnankul
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
23
,
8500918
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.