I ricercatori dell'Università del Michigan e della City University di New York hanno recentemente proposto e convalidato sperimentalmente un metodo trasparente, metasuperficie sintonizzabile elettronicamente. Questa metasuperficie, presentato in un articolo pubblicato in Revisione fisica X , può ruotare la polarizzazione di un'onda incidente polarizzata arbitrariamente senza modificarne il rapporto assiale.

Le metasuperfici sono materiali in fogli artificiali strutturati su una scala di lunghezze d'onda inferiori al fine di produrre risposte elettromagnetiche su misura. Negli ultimi anni, questi materiali hanno consentito un controllo senza precedenti sulle onde elettromagnetiche, aprendo interessanti possibilità in numerosi ambiti, comprese le comunicazioni wireless, imaging e raccolta di energia.

Nonostante i loro numerosi vantaggi, la maggior parte dei progetti di metasuperfici offre solo funzionalità statiche. La nuova metasuperficie ideata dai ricercatori, d'altra parte, ha proprietà dinamicamente sintonizzabili, e potrebbe quindi essere applicato in una più ampia varietà di settori.

"Alcuni anni fa, il nostro gruppo di ricerca ha introdotto un approccio pragmatico alla realizzazione di metasuperfici con risposte biisotrope su misura, "Zhanni Wu, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Questo approccio prevede la sovrapposizione di superfici metalliche modellate a cascata (cioè anisotrope) attraverso uno spessore di lunghezza d'onda inferiore per ottenere risultati elettrici mirati, proprietà magnetiche e chirali/omega. La tecnica è suscettibile di tecniche di micro e nanofabbricazione planari, consentendo la realizzazione di metasuperfici da RF a lunghezze d'onda visibili."

Negli ultimi anni, lo stesso team di ricercatori ha progettato e realizzato diverse metasuperfici, con varie funzionalità. Sebbene queste metasuperfici ultrasottili abbiano raggiunto un controllo estremo del fronte d'onda, le loro funzionalità sono rimaste statiche e dipendenti dai loro parametri geometrici fissi.

"In questo lavoro, abbiamo integrato dispositivi sintonizzabili, diodi varactor, in una metasuperficie per ottenere il controllo dinamico sulla risposta della metasuperficie, " Wu ha spiegato. "Abbiamo dimostrato una metasuperficie trasparente con una risposta chirale sintonizzabile, che può ruotare la polarizzazione di un'onda incidente."

Manipolazione delle proprietà delle onde elettromagnetiche (es. ampiezza, fase e polarizzazione) comporta tipicamente una combinazione di componenti ottici, come lenti, polarizzatori e piastre d'onda. La nuova metasuperficie introdotta dai ricercatori ha un rotatore di polarizzazione, che consiste in una struttura birifrangente sintonizzabile inserita tra due piastre a quarto d'onda a base di metasuperficie ruotate di ±45°.

"Un rotatore di polarizzazione sintonizzabile convenzionale è tipicamente di più lunghezze d'onda (da decine a centinaia) ed è costituito da due piastre a quarto d'onda ruotate (polarizzatori da lineari a circolari) posizionate su entrambi i lati di un mezzo birifrangente sintonizzabile, come uno strato di cristalli liquidi, "Antonio Gbic, un altro ricercatore che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Qui, abbiamo sostituito questo ingombrante dispositivo con una cascata di metasuperfici, risultando in un dispositivo di spessore di lunghezza d'onda inferiore e funzionalità equivalente."

L'approccio dimostrato da Wu, Grbic e il loro collega Younes Ra'di consentono progetti ultracompatti e potrebbero essere applicati nei sistemi polarimetrici a microonde per la caratterizzazione o il rilevamento di oggetti. Ad esempio, il loro rotatore di polarizzazione basato sulla metasuperficie potrebbe essere integrato con un elemento di antenna per sviluppare un sistema di antenne compatto per l'imaging polarimetrico a microonde.

"Il nostro lavoro apre la strada al profilo piatto/basso, antenne sintonizzabili dinamicamente e sistemi ottici/quasiottici, "Grbic ha detto. "Si può immaginare di sostituire ingombranti configurazioni elettromagnetiche o ottiche che richiedono combinazioni di componenti convenzionali tra cui lenti, elementi di sintonia, sfasatori, modulatori di luce spaziale, piastre d'onda, polarizzatori lineari semplicemente con cascata ultrasottile, metasuperfici sintonizzabili."

Il recente studio condotto da Wu, Grbic e Ra'di hanno introdotto una nuova piattaforma che consente il pieno controllo del fronte d'onda trasmesso. I ricercatori hanno dimostrato il loro approccio sviluppando un rotatore di polarizzazione sintonizzabile, tuttavia potrebbe anche essere usato per adattare le onde riflesse. Nel futuro, il loro metodo potrebbe quindi essere applicato alla progettazione di una metasuperficie sintonizzabile che non solo ruoti la polarizzazione dell'onda riflessa/trasmessa, ma dirige anche un raggio in direzioni diverse.

"I nostri piani di ricerca futuri includono anche lo sviluppo di progetti di metasuperfici impilate per il controllo dell'ampiezza sintonizzabile, oltre al controllo di fase/polarizzazione che abbiamo dimostrato fino ad oggi, " Ra'di ha detto a Phys.org. "Un nostro ulteriore obiettivo è tradurre tali progetti di metasuperfici in lunghezze d'onda ottiche".

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