Le onde elettromagnetiche (EM) nel regime dei terahertz (THz) contribuiscono ad importanti applicazioni nelle comunicazioni, immagini di sicurezza, e rilevamento biologico e chimico. Tale ampia applicabilità ha portato a significativi progressi tecnologici. Però, a causa di deboli interazioni tra materiali naturali e onde THz, i dispositivi THz convenzionali sono generalmente ingombranti e inefficienti. Sebbene esistano dispositivi THz attivi ultracompatti, gli attuali approcci elettronici e fotonici al controllo dinamico sono mancati di efficienza.

Recentemente, i rapidi sviluppi delle metasuperfici hanno aperto nuove possibilità per la creazione di sistemi ad alta efficienza, dispositivi THz ultracompatti per il controllo dinamico del fronte d'onda. Metamateriali ultrasottili formati da microstrutture planari a lunghezza d'onda inferiore (cioè, meta-atomi), le metasuperfici consentono risposte ottiche su misura per il controllo dei fronti d'onda EM. Costruendo metasuperfici che possiedono determinati profili di fase predefiniti per onde trasmesse o riflesse, gli scienziati hanno dimostrato affascinanti effetti di manipolazione delle onde, come un'anomala deviazione della luce, manipolazione della polarizzazione, spin-Hall fotonico, e ologrammi.

Inoltre, l'integrazione di elementi attivi con singoli meta-atomi all'interno di metasuperfici passive consente metadispositivi "attivi" in grado di manipolare dinamicamente i fronti d'onda EM. Mentre gli elementi attivi nelle lunghezze d'onda profonde si trovano facilmente nel regime delle microonde (ad es. diodi PIN e varactor), e contribuire con successo a metadispositivi attivi per il beam-steering, ologrammi programmabili, e immagini dinamiche, sono difficili da creare a frequenze superiori a THz. Questa difficoltà è dovuta a restrizioni dimensionali e perdite ohmiche significative nei circuiti elettronici. Sebbene le frequenze THz possano controllare i raggi THz in modo uniforme, in genere non sono in grado di manipolare dinamicamente i fronti d'onda THz. Ciò è dovuto in ultima analisi a carenze nelle capacità di sintonizzazione locale su scale di lunghezze d'onda profonde in questo dominio di frequenza. Perciò, lo sviluppo di nuovi approcci che aggirino la dipendenza dalla sintonizzazione locale è una priorità.

Come riportato in Fotonica avanzata , i ricercatori dell'Università di Shanghai e dell'Università di Fudan hanno sviluppato un quadro generale e metadispositivi per ottenere il controllo dinamico dei fronti d'onda THz. Invece di controllare localmente i singoli meta-atomi in una metasuperficie THz (ad es. tramite diodo PIN, variatore, eccetera.), essi variano la polarizzazione di un fascio luminoso con metasuperfici multistrato ruotanti in cascata. Dimostrano che la rotazione di diversi strati (ognuno che mostra un particolare profilo di fase) in un metadispositivo in cascata a diverse velocità può modificare dinamicamente l'effettiva proprietà della matrice di Jones dell'intero dispositivo, ottenere straordinarie manipolazioni del fronte d'onda e delle caratteristiche di polarizzazione dei fasci THz. Vengono dimostrati due metadispositivi:il primo metadispositivo può reindirizzare in modo efficiente un raggio THz normalmente incidente per eseguire la scansione su un ampio intervallo ad angolo solido, mentre il secondo può manipolare dinamicamente sia il fronte d'onda che la polarizzazione di un fascio THz.

Questo lavoro propone un modo alternativo interessante per ottenere un controllo dinamico a basso costo delle onde THz. I ricercatori sperano che il lavoro possa ispirare future applicazioni nel radar THz, così come il rilevamento e l'imaging bio e chimico.