Brug af nanoantenner til at manipulere lysstråler åbner døren til nye lysbaserede teknologier

Fuldstændig kontrol over nogle af lysbølgernes nøgleegenskaber – nemlig deres polarisering og fase – på nanoskalaen er af stor interesse for lysbaserede teknologier såsom displayskærme, og i energihøst og datatransmission. Det ville tillade, for eksempel, miniaturisering af traditionelle optiske komponenter, såsom linser, polarisatorer eller stråledelere, til størrelser på nanoskala. På samme tid, det kunne dramatisk øge deres ydeevne og opløsning.

En ny tilgang til at kontrollere udbredelsen af ​​lys på nanoskala involverer brugen af ​​såkaldte metasurfaces. En metasurface er et todimensionelt arrangement af partikler i nanostørrelse kaldet nanoantenner. Deres geometrier og materialeegenskaber er smart designet til at interagere med lys på en bestemt måde. Ved at konstruere sådanne metaoverflader, det er muligt at ændre lysets overordnede vej og, for eksempel, få det til at bøje eller fokusere på et bestemt sted i rummet, svarende til, hvad konventionelle prismer eller linser gør. I tilfælde af metasurfaces, dette sker ved afstande, der er 1, 000 gange mindre end diameteren af ​​et menneskehår.

Forskere ved Videnskabsstyrelsen, Teknologi og forskning (A*STAR) i Singapore har vist, at brugen af ​​siliciumnanopartikler som nanoantenner, i stedet for metaller brugt i tidligere forskning, giver fuld kontrol over en indkommende lysstråle, mens den i det væsentlige holdes gennemsigtig, tillader transmissionshastigheder over 85 %. Ved at kontrollere den rumlige fordeling af siliciumnanopartiklerne, de var i stand til at bøje en lysstråle med rekordeffektiviteter på omkring 50 %:et niveau, der kunne øges yderligere ved at optimere systemet.

Når metaller blev brugt til at designe nanoantenner, de forårsagede stærke lysreflektioner, hvilket gjorde dem uegnede til enheder, der transmitterer data. Opvarmning induceret i metallerne resulterede også i yderligere tab i enheden, en alvorlig ulempe for applikationer i den virkelige verden, der kræver høj effektivitet. Silicium, som et halvledende materiale, overvinder disse problemer, fandt A*STAR-forskerne frem.

Mens holdets fremtidige forskning vil fokusere på at skabe omskiftelige eller rekonfigurerbare enheder, sammen med nye materialer i forskellige spektrale områder, den teknologiske udfordring bliver at udvikle fuldt levedygtige ultraflade optiske enheder til kommerciel brug.