I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato superfici che reindirizzano in modo efficiente la propagazione della luce. Ramón Paniagua-Dominguez, lavorando con i colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute e della Nanyang Technological University, ha inventato componenti ottici compatti e leggeri che potrebbero essere integrati in dispositivi optoelettronici portatili.

I tradizionali componenti ottici in vetro alterano la propagazione della luce attraverso la riflessione e la rifrazione. Tendono ad essere tridimensionali:una lente, Per esempio, richiede una superficie curva che focalizzi la luce in un punto. Ma questi elementi ingombranti aggiungono peso, alle fotocamere dei telefoni cellulari, ad esempio.

Un'alternativa più piatta si trova nelle metasuperfici, che consistono in una serie di strutture, ciascuno più piccolo della lunghezza d'onda della luce, progettato per modificare le caratteristiche della luce incidente. Quando un raggio ottico colpisce questa superficie, disperde gli elementi di lunghezza d'onda inferiore, formando un raggio di uscita con le proprietà scelte. Questo può, Per esempio, essere utilizzato per piegare il raggio in arrivo in una nuova direzione. Però, l'efficienza con cui la luce viene ridistribuita nella direzione corretta diminuisce bruscamente all'aumentare degli angoli, rendendo difficile piegare la luce ad angoli molto grandi.

Paniagua-Domínguez e il team ottengono una canalizzazione ottica efficiente a qualsiasi angolazione desiderata utilizzando una metasuperficie comprendente una serie di nanoantenne asimmetriche. Proprio come le normali antenne, alterano i modelli di direttività di dispersione sopprimendo o aumentando l'emissione ad angoli diversi. "Il nostro nuovo approccio va oltre il design standard, che è usare la mappatura di fase, " spiega Paniagua-Domínguez. "Prevediamo che queste metasuperfici possano superare le tradizionali ottiche bulk non solo in termini di efficienza, ma anche funzionalità."

I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente questo concetto incidendo il design del loro array di nanoantenna in una sottile pellicola di biossido di titanio su un substrato di vetro. Un progetto che hanno studiato aveva una struttura che ricordava vagamente un pesce, con un anello che circonda un vertice di un triangolo. Le dimensioni del pesce erano tutte inferiori a 300 nanometri, molto più piccola della lunghezza d'onda della luce incidente. Con questo nuovo approccio sono stati in grado di piegare più del 50% dell'energia di un raggio di luce verde in arrivo con un angolo fino a 73 gradi. Inoltre, e contrariamente agli approcci precedenti, questa struttura ha dimostrato il funzionamento della banda larga, piegando efficacemente la luce attraverso le lunghezze d'onda nelle parti verde e blu dello spettro.

"Sulla base di questo concetto, ora stiamo lavorando verso un obiettivo piatto con un'apertura numerica estremamente ampia, " dice Paniagua-Domínguez. "Cioè, un obiettivo che può focalizzare la luce in un punto molto piccolo o risolvere oggetti o caratteristiche molto piccoli."