Metapintoja tuplana ja kierteellä

Metapinnat, jotka koostuvat alle aallonpituuksien välimatkan päässä toisistaan olevien ryhmien nanosirottajista, ovat muuttaneet perinteisten linssien ominaisuuksia radikaalisti ja mahdollistaneet valon vapausasteiden äärimmäisen hallinnan sekä tilassa että ajassa.

Mutta nyt Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciencesin (SEAS) -tutkijat tuplaavat metapintateknologiaa luomalla kaksikerroksisen metapinnan, joka on tehty kahdesta päällekkäisestä kerroksesta titaanidioksidin nanorakenteita.

"Tämä on nanoteknologian saavutus korkeimmalla tasolla", sanoi vanhempi kirjailija Federico Capasso ja SEAS:in vanhempi tutkija Vinton Hayes. "Se avaa uuden tavan strukturoida valoa, jossa voimme suunnitella sen kaikkia näkökohtia, kuten aallonpituutta, vaihetta ja polarisaatiota ennennäkemättömällä tavalla... Se merkitsee uutta väylää metapinnoille, jotka ovat toistaiseksi vain raapineet pintaa."

Palmieri selitti, että tämän läpimurron myötä voitaisiin kuvitella uudenlaisia monitoimisia optisia laitteita – esimerkiksi järjestelmää, joka projisoi yhden kuvan toiselta puolelta ja täysin eri kuvan toiselta puolelta.

Tulevissa kokeissa tiimi voisi laajentua vielä useampiin kerroksiin hallitakseen muita valon näkökohtia, kuten äärimmäistä laajakaistatoimintaa korkealla tehokkuudella koko näkyvällä ja lähi-infrapunaspektrillä, mikä avaa oven vieläkin kehittyneemmille valopohjaisille toiminnoille.

Myös Kierretyt moiré-fotonikiteet – edistyksellinen optinen metamateriaali – ovat osoittaneet valtavan potentiaalin kilpailussa pienempien ja tehokkaampien optisten järjestelmien suunnittelussa.

Kierretyissä moiré-fotonikiteissä kerrosten kiertyminen ja päällekkäisyys voi muuttaa materiaalin vuorovaikutusta valon kanssa. Muuttamalla kiertokulmaa ja kerrosten välistä etäisyyttä näitä materiaaleja voidaan hienosäätää ohjaamaan ja manipuloimaan valon eri puolia samanaikaisesti.

Tutkijat eivät kuitenkaan ole pystyneet integroimaan kierrettyjä moiré-fotonikiteitä laitteisiin, jotka voivat aktiivisesti ohjata kerrosten välistä kiertoa ja etäisyyttä reaaliajassa, mikä rajoittaa merkittävästi niiden käyttöä.

Nyt Harvardin yliopiston toinen tutkijaryhmä yhteistyössä Stanfordin yliopiston ja Kalifornian Berkeleyn kanssa kehittäneet sirulle asennetun kierretyn moiré-fotonikiteisen sensorin, joka käyttää MEMS-tekniikkaa kidekerrosten välisen raon ja kulman ohjaamiseen reaaliajassa.

Näin kehitetty anturitekniikka voi havaita ja kerätä yksityiskohtaisia polarisaatio- ja aallonpituustietoja samanaikaisesti.

Laitteessa fotonikiteiden kerrokset sijaitsevat pystysuorassa ja pyörähtävässä toimilaitteessa, joka on kytketty elektrodiin. Koko laite on kooltaan vain muutaman millimetrin ja se voidaan valmistaa CMOS-yhteensopivilla prosesseilla.

Tutkijat osoittivat, että käyttämällä toimilaitteita fotonikiteiden kerrosten etäisyyden ja pyörähdysasennon muuttamiseksi, he pystyivät suorittamaan samanaikaista hyperspektristä ja hyperpolarimetristä kuvantamista - mikä tarkoittaa, että jokainen anturin sieppaama pikseli sisälsi informaatiota sähkömagneettisesta spektristä ja yksityiskohtaista tietoa polarisaatiotilasta.

Aiheesta aiemmin:

Metamateriaalien toimintoja tehostaen

Ennätysmäisiä metalinssejä

Kierteistä twistroniikkaa