In una nuova pubblicazione di Progressi optoelettronici , Ricercatori guidati dal professor Jinghua Teng dell'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali, Agenzia per la Scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), Singapore considera la modulazione della luce con un rapporto di estinzione ultra elevato mediante metasuperfici sintonizzabili elettricamente.

Le metasuperfici sono l'equivalente bidimensionale dei metamateriali, componendo strutture discrete di lunghezza d'onda, in possesso della capacità di controllo completo delle proprietà della luce, come ampiezza, fase, dispersione, quantità di moto, e polarizzazione. Le metasuperfici sono utilizzate in varie applicazioni che coprono spettri elettromagnetici che vanno dalle microonde, terahertz, infrarossi, visibile, all'ultravioletto. Il controllo attivo della propagazione della luce negli spettri visibili e nel vicino infrarosso ha un significato pratico e fondamentale nei veicoli autonomi, robot, mostra, realtà aumentata e virtuale, elettronica di consumo, telecomunicazioni, e dispositivi di rilevamento. Per mettere a punto una metasuperficie, si può cambiare sia la proprietà delle celle unitarie che il suo ambiente. Questo potrebbe essere fatto impiegando materiali attivi nella metasuperficie, che possono avere le loro proprietà modificate da uno stimolo esterno.

In questo articolo gli autori propongono una nuova metasuperficie elettricamente sintonizzabile per la modulazione della luce polarizzata e non polarizzata. Qui, la natura con perdita di indio stagno ossido (ITO) a lunghezza d'onda epsilon-near-zero (ENZ) viene utilizzata per progettare un assorbitore di metasuperficie elettricamente sintonizzabile. La cella unitaria della metasuperficie è costituita da un risonatore circolare comprendente due dischi ITO e un film di titanato di stronzio e bario di perovskite ad alta costante dielettrica. La lunghezza d'onda ENZ negli strati di accumulo e esaurimento dei dischi ITO è controllata applicando una singola tensione di polarizzazione. L'accoppiamento della risonanza del dipolo magnetico con la lunghezza d'onda ENZ all'interno dello strato di accumulo del film ITO provoca l'assorbimento totale della luce riflessa. L'ampiezza di riflessione può raggiungere ~84 dB o ~99,99% di profondità di modulazione nella lunghezza d'onda operativa di 820 nm con una tensione di polarizzazione di -2,5 V. Inoltre, la metasuperficie è insensibile alla polarizzazione della luce incidente a causa del design circolare dei risonatori e del design simmetrico delle connessioni di polarizzazione.

La modulazione della luce ad alta velocità e ad alto rapporto di estinzione con basso consumo energetico nello spettro del vicino infrarosso ha potenziali applicazioni in molti sistemi e dispositivi ottici, inclusi ma non limitati all'elaborazione del segnale ottico, spettroscopia, commutazione, e rilevamento e distanza della luce (LiDAR). Chopper ottico e otturatore, modulatore di niobato di litio, attenuatore a cristalli liquidi, e il modulatore fotoelastico sono tra i dispositivi disponibili in commercio per modulare l'intensità della luce. Chopper e otturatore ottici utilizzano meccanismi meccanici, che sono lenti in velocità e di grandi dimensioni mentre consumano alta potenza. Il modulatore di niobato di litio è controllato da segnale elettrico e ha la massima velocità di modulazione fino a 40 GHz, però, richiede alta tensione. I modulatori fotoelastici utilizzano diversi tipi di cristalli sfusi per diverse lunghezze d'onda operative, richiedono alta tensione elettrica e polarizzatori extra che ne limitano le applicazioni. L'otturatore a fascio di cristalli liquidi soffre di una velocità di commutazione molto bassa. La metasuperficie elettricamente sintonizzabile proposta utilizza la natura con perdita dell'ossido di indio e stagno (ITO) a lunghezza d'onda epsilon-near-zero (ENZ) per modulare l'intensità della luce riflessa, che può raggiungere fino a ~84 dB o ~99,99% di profondità di modulazione a una tensione molto bassa di ±2,5 Volt. Il modulatore di metasuperficie è insensibile alla polarizzazione della luce incidente e quindi adatto per un design compatto senza la necessità di polarizzatori aggiuntivi. Inoltre, la metasuperficie elettricamente sintonizzabile con design a doppio film ITO è in grado di funzionare a velocità di commutazione di gigahertz.