La produzione in serie di dispositivi ottici piatti con strutture a lunghezza d'onda inferiore potrebbe presto essere una realtà, grazie a una tecnica di fabbricazione della metasuperficie sviluppata dai ricercatori di A*STAR.

Le metasuperfici sono sintetiche, materiali bidimensionali ricoperti da minuscole forme individuali con dimensioni e spaziatura inferiori alle lunghezze d'onda della luce visibile. Queste strutture a "lunghezza d'onda" consentono agli scienziati di controllare con precisione la forma di propagazione, o fronte d'onda, di fasci di luce. Come tale, le metasuperfici sono promettenti per molte applicazioni, dall'imaging ad alta risoluzione e la stampa a colori al controllo della polarizzazione della luce. Produzione in serie di metasuperfici, però, si è rivelato impegnativo, limitato dalla complessità di realizzare modelli così precisi.

Ora, Ting Hu e i suoi colleghi dell'Istituto di microelettronica (IME) di A*STAR hanno sviluppato un metodo per costruire metasuperfici a base di silicio introducendo tecniche esistenti dalla fabbricazione di semiconduttori. Il loro nuovo design della metasuperficie può produrre display a colori rosso-verde-blu (RGB) ad alta risoluzione.

Fino ad ora, le metasuperfici sono state principalmente fabbricate tramite litografia a fascio di elettroni (EBL), che non è applicabile alla produzione di massa, come spiega Hu:

"Con EBL, il fascio di elettroni focalizzato si muove lentamente, passo dopo passo, attraverso il substrato metasuperficiale. Le metasuperfici con milioni, forse miliardi, di elementi richiedono molto tempo per essere modellate tramite EBL. Volevamo un modo più rapido ed efficiente di modellare".

Hu e il team hanno basato la loro tecnica sulla "litografia ad immersione", che è stato a lungo utilizzato per incidere modelli su componenti elettronici. Con più esposizioni, si possono costruire schemi complessi. I ricercatori hanno utilizzato la litografia a base di ultravioletti (UV) per la modellazione iniziale su substrati di silicio, seguita da incisione al plasma per formare i disegni in piccoli blocchi di pixel che sono stati assemblati in una superficie di visualizzazione da 12 pollici (vedi immagine).

"Il nostro strumento di litografia UV è uno scanner, che può modellare un intero wafer da 12 pollici con dispositivi progettati entro mezz'ora, " dice Hu. "Abbiamo progettato le dimensioni fisiche degli array di nano-pilastri della metasuperficie per visualizzare accuratamente i colori, con risultati fantastici, ad esempio visualizzando le lettere I, M ed E in rosso, rispettivamente verde e blu."

Hu e il team sperano di ottimizzare il loro design e migliorare il processo di incisione per ridurre al minimo le perdite indotte dalla diffusione della luce e dai difetti negli array di nanostrutture. Stanno anche facendo sforzi per realizzare piatti, "meta-lenti" leggeri e proiettori di punti con potenziali usi nelle tecnologie di riconoscimento facciale.