Near-field routing af hyperbolske metamaterialer

Nærfeltslys er usynligt lys på subbølgelængdeskalaen. Udnyttet til en række praktiske anvendelser, såsom trådløs strømoverførsel, nærfeltslys spiller en stadig større rolle i udviklingen af ​​miniature on-chip fotoniske enheder. Styring af retningen for udbredelse af nærfeltslys har været en vedvarende udfordring, der er af fundamental interesse i fotonikfysik og kan fremme en række anvendelser betydeligt.

Indtil nu, udbredelse af nærfeltslys i en enkelt retning opnås ved specifikke interaktioner mellem den elektriske dipol og den magnetiske dipol i et system, hvilket har ført til uundgåelig kompleksitet i enhedsdesign. Hyperbolske metamaterialer (HMM'er), en vigtig klasse af kunstigt anisotropt materiale med hyperbolske isofrekvenskonturer, har tiltrukket sig opmærksomhed på grund af deres unikke evne til at kontrollere nærfeltslys ved at muliggøre subbølgelængdeindeslutning af elektromagnetiske bølger. Store bølgevektortilstande i HMM'er er af særlig interesse, fordi disse tilstande er lettere at integrere og har et mindre tab af energi ved overførsel.

Som rapporteret i Avanceret fotonik , forskere fra Tongji University i Kina demonstrerede for nylig en helelektrisk ordning, der er i stand til fleksibelt at kontrollere udbredelsesretningen af ​​nærfeltslys. De rapporterede unormal ensrettet excitation af hyperbolske tilstande med stor bølgevektor ved subbølgelængdeskalaer. Ifølge deres forskning, selektiv nærfeltskobling i HMM'er er muliggjort af diskrete elektriske dipoler med forskellige faser, som fungerer som en metakilde sammensat af helelektriske komponenter og med en symmetri-associeret indre frihed.

Deres forskning adresserer ikke kun behovet for et helt elektrisk eksperimentelt designskema for nærfeltsfotonik, men bidrager også med grundlæggende værdifulde symmetribaserede excitationsprincipper. Ved at bruge en Huygens metakilde, forskerne var i stand til at observere den ensrettede excitation af hyperbolske bulk-tilstande i en plan HMM. De fandt ud af, at ensrettet excitation i frit rum er den samme som i lodret retning, men modsat det i vandret retning. Disse forskellige udbredelseskarakteristika i vandrette og vertikale retninger er unikke for de hyperbolske tilstande. Ud over, forskerne brugte spin-metakilder til at studere den retningsbestemte udbredelse af lys i en plan hyperbolsk bølgeleder. De fandt ud af, at for den med uret roterende spin-metakilde, kun den guidede tilstand, der forplanter sig fra højre mod venstre, er exciteret. Og for den mod urets roterende kilde, kun den guidede tilstand, der forplanter sig fra venstre mod højre, aktiveres.

Samlet set, forskningen fremmer områderne optisk videnskab og informationskommunikation, da resultaterne giver de nødvendige betingelser for yderst effektiv og eksperimentelt verificeret fotonik-routing. Til nye applikationer i integrerede optiske enheder, samt trådløs strømoverførsel, skifte, og filtrering, dette arbejde lover en hidtil uset fleksibel kontrol af nærfeltslys.