Les métasurfaces sont des constructions à l’échelle nanométrique qui interagissent avec la lumière. Aujourd’hui, la plupart des métasurfaces utilisent des nanopiliers de type monolithe pour focaliser, façonner et contrôler la lumière. In addition le nanopilier est grand, moreover la lumière met de temps à traverser la nanostructure, ce qui donne à la métasurface un contrôle moreover polyvalent de chaque couleur de lumière. Mais les piliers très hauts ont tendance à tomber ou à s’accrocher. Et si, au lieu de construire de hautes structures, vous alliez dans l’autre sens ?



Dans un article récent, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson College of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une métasurface qui utilise des trous très profonds et très étroits, plutôt que des piliers très hauts, pour concentrer la lumière sur un seul point.

La recherche est publiée dans Nano Letters.



La nouvelle métasurface utilise moreover de 12 millions de trous en forme d’aiguilles percés dans une membrane de silicium de 5 micromètres, environ 1/20 de l’épaisseur des cheveux. Le diamètre de ces trous longs et minces n’est que de quelques centaines de nanomètres, ce qui rend le rapport hauteur/largeur – le rapport entre la hauteur et la largeur – proche de 30 :1.

C’est la première fois que des trous avec un rapport hauteur/largeur aussi élevé sont utilisés en méta-optique.

« Cette approche peut être utilisée pour créer de grands métalenses achromatiques qui concentrent différentes couleurs de lumière sur le même place focal, ouvrant la voie à une génération d’optiques plates à rapport d’aspect élevé, y compris des métalenses achromatiques à substantial bande à large bande », a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton Hayes chercheur principal en génie électrique à SEAS et auteur principal de l’article.

« Si vous essayiez de faire des piliers avec ce rapport hauteur/largeur, ils tomberaient », a déclaré Daniel Lim, étudiant diplômé à SEAS et co-leading auteur de l’article. « La plate-forme trouée augmente le rapport hauteur/largeur available des nanostructures optiques sans sacrifier la robustesse mécanique. »

Tout comme les nanopiliers, dont la taille varie pour focaliser la lumière, les trous métalliques ont des trous de différentes tailles positionnés avec précision sur le diamètre de la lentille de 2 mm. La variation de la taille du trou courbe la lumière vers le lobby de l’objectif.

« Les métasurfaces Holey ajoutent une nouvelle dimension à la conception des lentilles en contrôlant le confinement et la propagation de la lumière sur un substantial espace de paramètres et rendent de nouvelles fonctionnalités possibles », a déclaré Maryna Meretska, chercheuse postdoctorale à SEAS et co-première auteure de l’article. « Les trous peuvent être remplis de matériaux optiques non linéaires, ce qui conduira à la génération et à la manipulation de plusieurs longueurs d’onde de la lumière, ou avec des cristaux liquides pour moduler activement les propriétés de la lumière. »

Les métalenses ont été fabriquées à l’aide de processus conventionnels de l’industrie des semi-conducteurs et de matériaux standard, ce qui permet de les fabriquer à grande échelle à l’avenir.

Le Harvard Place of work of Know-how Progress a protégé la propriété intellectuelle relative à ce projet et check out les possibilités de commercialisation.

Ce projet est soutenu par la Protection Innovative Investigate Jobs Agency (DARPA), sous le numéro d’attribution HR00111810001. Lim est soutenu par A * STAR Singapour dans le cadre du programme nationwide de bourses scientifiques. Meretska est soutenu par NWO Rubicon Grant 019.173EN.010 de l’agence de financement néerlandaise NWO.