Computerchipteknologi genbrugt til fremstilling af reflekterende nanostrukturer

Et team af ingeniører hos Caltech har opdaget, hvordan man bruger computer-chip-fremstillingsteknologier til at skabe den slags reflekterende materialer, der laver sikkerhedsveste, løbesko, og vejskilte fremstår skinnende i mørket.

Disse materialer skylder deres skinnende retrorefleksion, en egenskab, der giver dem mulighed for at sprede lys direkte tilbage til kilden fra en lang række forskellige vinkler. I modsætning, et grundlæggende fladt spejl vil ikke sprede lys tilbage til dets kilde, hvis det lys kommer fra en anden vinkel end lige på.

Retroreflektors evne til at returnere lys til det sted, hvor det kom fra, gør dem nyttige til at fremhæve objekter, der skal ses under mørke forhold. For eksempel, hvis lyset fra en bils forlygter skinner på sikkerhedsvesten til en bygningsarbejder ned ad vejen, vestens retroreflekterende strimler vil kaste lyset direkte tilbage til bilen og ind i førerens øjne, får vesten til at se ud til at lyse.

Retroreflektorer er også blevet brugt i landmåleres udstyr, kommunikation med satellitter, og endda i forsøg for at måle månens afstand fra Jorden.

Typisk, retroreflektorer består af bittesmå glaskugler indlejret i overfladen af ​​reflekterende maling eller i små spejle formet som det indre hjørne af en terning.

Den nye teknologi - som blev udviklet af et team ledet af Caltechs Andrei Faraon, adjunkt i anvendt fysik og materialevidenskab i afdeling for teknik og anvendt videnskab - bruger overflader dækket af et metamateriale bestående af millioner af siliciumsøjler, hver kun et par hundrede nanometer høje. Ved at justere størrelsen på søjlerne og afstanden mellem dem, Faraon kan manipulere, hvordan overfladen reflekterer, bryder, eller sender lys. Han har allerede vist, at disse materialer kan tilpasses til at skabe flade linser til fokusering af lys eller til at skabe prisme-lignende overflader, der spreder lyset ud i dets spektrum. Nu, han har opdaget, at han kan bygge en retroreflektor ved at stable to lag af metamaterialerne oven på hinanden.

I denne form for retroreflektor, lys passerer først gennem et gennemsigtigt metamaterialelag (metasurface) og fokuseres af sine små søjler på et enkelt sted på et reflekterende metamaterialelag. Det reflekterende lag kaster lyset tilbage til det transparente lag, som sender lyset tilbage til dets kilde.

"Ved at placere flere metasurflader oven på hinanden, det er muligt at kontrollere lysstrømmen på en måde, som ikke var mulig før, "Faraon siger." Funktionen af ​​en retroreflektor kan ikke opnås ved at bruge en enkelt metasurface. "

Da Faraons metamaterialer er skabt ved hjælp af computer-chip-fremstillingsteknologier, det ville være let at integrere dem i chips, der bruges i optoelektroniske enheder - elektronik, der bruger og styrer lys, han siger.

"Dette kan have applikationer til at kommunikere med fjernsensorer, droner, satellitter, etc., "tilføjer han.

Faraons forskning optræder i et papir den 19. juni, 2017, udgave af Natur fotonik ; papiret har titlen "Planar metasurface retroreflector." Andre medforfattere er Amir Arbabi, adjunkt i computer- og elektroteknik ved University of Massachusetts Amherst; og Caltech elektroteknik kandidatstuderende Ehsan Arbabi, Yu Horie, og Seyedeh Mahsa Kamali.