Rappresentazione artistica di un metalens bucato. Credito:Capasso Lab/Harvard SEAS
Le metasuperfici sono strutture su nanoscala che interagiscono con la luce. Oggi, la maggior parte delle metasuperfici utilizza nanopilastri simili a monoliti per mettere a fuoco, forma e controlla la luce. Più alto è il nanopilastro, più tempo impiega la luce a passare attraverso la nanostruttura, dando alla metasuperficie un controllo più versatile di ogni colore della luce. Ma i pilastri molto alti tendono a cadere o ad aggrapparsi. Cosa succede se, invece di costruire strutture alte, sei andato dall'altra parte?
In un recente documento, ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato una metasuperficie che utilizza una superficie molto profonda, fori molto stretti, piuttosto che pilastri molto alti, per focalizzare la luce su un singolo punto.
La ricerca è pubblicata su Nano lettere .
La nuova metasuperficie utilizza più di 12 milioni di fori aghiformi praticati in una membrana di silicio di 5 micrometri, circa 1/20 dello spessore del capello. Il diametro di questi lunghi, i fori sottili sono solo poche centinaia di nanometri, rendendo il rapporto di aspetto, il rapporto tra l'altezza e la larghezza, quasi 30:1.
È la prima volta che fori con un rapporto di aspetto così elevato sono stati utilizzati nella meta-ottica.
"Questo approccio può essere utilizzato per creare grandi metalli acromatici che focalizzano vari colori di luce nello stesso punto focale, aprendo la strada a una generazione di ottiche piatte ad alto rapporto d'aspetto, compresi i metalenses acromatici a banda larga ad ampia area, " disse Federico Capasso, il Robert L. Wallace Professor of Applied Physics e Vinton Hayes Senior Research Fellow in Electrical Engineering presso SEAS e autore senior del documento.
Un'immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) (a sinistra) dei fori sul lato I dei metalli bucati e (a destra) un'immagine SEM dei fori sul lato II dei metalli. Credito:Capasso Lab / Harvard SEAS
"Se hai provato a creare pilastri con queste proporzioni, cadrebbero, " ha detto Daniel Lim, uno studente laureato presso SEAS e co-primo autore del documento. "La piattaforma bucata aumenta le proporzioni accessibili delle nanostrutture ottiche senza sacrificare la robustezza meccanica".
Proprio come con i nanopilastri, che variano di dimensioni per focalizzare la luce, il metallo bucato ha fori di varie dimensioni posizionati con precisione sopra il diametro della lente di 2 mm. La variazione della dimensione del foro piega la luce verso la messa a fuoco dell'obiettivo.
"Le metasuperfici bucate aggiungono una nuova dimensione al design delle lenti controllando il confinamento e la propagazione della luce su un ampio spazio parametrico e rendono possibili nuove funzionalità, "ha detto Maryna Meretska, un borsista post-dottorato presso SEAS e co-primo autore del documento. "I buchi possono essere riempiti con materiali ottici non lineari, che porterà alla generazione e alla manipolazione della luce a più lunghezze d'onda, o con cristalli liquidi per modulare attivamente le proprietà della luce."
I metalenses sono stati fabbricati utilizzando processi industriali convenzionali dei semiconduttori e materiali standard, consentendone la produzione su larga scala in futuro.
L'Harvard Office of Technology Development ha protetto la proprietà intellettuale relativa a questo progetto e sta esplorando opportunità di commercializzazione.
