I ricercatori hanno progettato elementi ottici ultrasottili riconfigurabili elettromeccanicamente che possono essere controllati e programmati a livello di pixel per pixel. Queste versatili metasuperfici potrebbero offrire un nuovo modo basato su chip per ottenere il controllo della luce su nanoscala, che potrebbe portare a migliori display ottici, codifica delle informazioni ed elaborazione digitale della luce.

"Le metasuperfici sono elementi ottici ultrasottili e compatti che possono essere utilizzati per manipolare l'ampiezza, fase e polarizzazione della luce, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Jiafang Li del Beijing Institute of Technology in Cina. "Anche se la maggior parte delle metasuperfici sono statiche e passive, abbiamo creato metasuperfici che si deformano meccanicamente in risposta a forze elettrostatiche".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica Express , i ricercatori descrivono come hanno creato le nuove metasuperfici utilizzando tecniche su nanoscala ispirate al kirigami, una variazione di origami che include il taglio e la piegatura. Questo ha permesso loro di creare piccoli unità che si trasformano da progetti 2D in strutture 3D quando viene applicata una tensione.

"Siamo stati in grado di creare un display olografico dinamico utilizzando la nostra metasuperficie riconfigurabile, " ha detto Li. "Questi elementi ottici potrebbero portare a nuovi tipi di dispositivi con funzionalità ottiche multitasking e riscrivibili. Potrebbero anche essere utilizzati in display 3D in tempo reale e proiettori ad alta risoluzione, Per esempio."

Motivi a spirale che si trasformano da 2D a 3D

Per creare le nuove metasuperfici, i ricercatori hanno progettato un modello 2D ripetuto di due spirali combinate che sono incise in un nanofilm d'oro e sospese sopra pilastri di biossido di silicio. Le unità sono disposte in un reticolo quadrato con appena due micron di spazio tra di loro. Quando viene applicata una tensione, le spirali si deformano a causa delle forze elettrostatiche. Questa trasformazione, che è reversibile e ripetibile, può essere utilizzato per modulare dinamicamente le proprietà ottiche della metasuperficie.

I ricercatori hanno utilizzato il loro nuovo approccio per creare due tipi di metasuperfici per il controllo della luce pixel per pixel. Una metasuperficie utilizzava la stessa tensione per deformare ciascuna unità, ma presentava spirali con modelli strutturali che variavano per creare diverse altezze di deformazione. La seconda metasuperficie utilizzava tensioni diverse applicate a ciascuna unità per ottenere altezze di deformazione diverse per unità con schemi strutturali identici.

Come dimostrazione di prova del concetto, i ricercatori hanno utilizzato queste metasuperfici per dimostrare il controllo del raggio e per creare un display olografico. "Siamo stati in grado di ricostruire le immagini dalla metasuperficie semplicemente controllando la polarizzazione della tensione, dimostrando la fattibilità del nostro schema per un'efficace modulazione della luce, " disse Li.

I ricercatori hanno in programma di esplorare strategie che possono essere utilizzate per ottenere un controllo della tensione pixelato, come il metodo di indirizzamento multilinea utilizzato per pilotare più righe contemporaneamente nei display OLED commerciali. Per rendere la tecnologia più pratica, stanno anche lavorando per migliorare il rapporto segnale-rumore e la qualità di modulazione del sistema di riconfigurazione.