Des chercheurs de l'Université du Michigan et de la City University de New York ont ​​récemment proposé et validé expérimentalement un métasurface électroniquement accordable. Cette métasurface, présenté dans un article publié dans Examen physique X , peut faire tourner la polarisation d'une onde incidente polarisée arbitrairement sans changer son rapport axial.

Les métasurfaces sont des matériaux en feuille artificiels texturés à une échelle inférieure à la longueur d'onde afin de produire des réponses électromagnétiques sur mesure. Dans les années récentes, ces matériaux ont permis une maîtrise sans précédent des ondes électromagnétiques, ouvrant des possibilités intéressantes dans de nombreux domaines, y compris les communications sans fil, l'imagerie et la récupération d'énergie.

Malgré leurs nombreux avantages, la plupart des conceptions de métasurfaces n'offrent que des fonctionnalités statiques. La nouvelle métasurface imaginée par les chercheurs, d'autre part, possède des propriétés réglables dynamiquement, et pourrait donc être appliqué dans une plus grande variété de domaines.

"Il y a quelques années, notre groupe de recherche a introduit une approche pragmatique pour réaliser des métasurfaces avec des réponses bianisotropes adaptées, " Zhanni Wu, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Cette approche implique la mise en cascade de surfaces métalliques à motifs (c'est-à-dire anisotropes) sur une épaisseur inférieure à la longueur d'onde pour obtenir un courant électrique ciblé, propriétés magnétiques et chirales/oméga. La technique se prête aux techniques de micro- et nano-fabrication planaires, permettant la réalisation de métasurfaces de RF aux longueurs d'onde visibles."

Au cours des dernières années, la même équipe de chercheurs a conçu et réalisé plusieurs métasurfaces, avec diverses fonctionnalités. Bien que ces métasurfaces ultrafines aient atteint un contrôle extrême du front d'onde, leurs fonctionnalités restaient statiques et dépendantes de leurs paramètres géométriques fixes.

"Dans ce travail, nous avons intégré des périphériques accordables, diodes varactor, dans une métasurface pour obtenir un contrôle dynamique sur la réponse de la métasurface, " a expliqué Wu. " Nous avons démontré une métasurface transparente avec une réponse chirale accordable, qui peut faire tourner la polarisation d'une onde incidente."

Manipuler les propriétés des ondes électromagnétiques (par exemple amplitude, phase et polarisation) implique généralement une combinaison de composants optiques, tels que les lentilles, polariseurs et plaques d'onde. La nouvelle métasurface introduite par les chercheurs possède un rotateur de polarisation, qui se compose d'une structure biréfringente accordable prise en sandwich entre deux plaques quart d'onde basées sur la métasurface tournées à ± 45°.

"Un rotateur de polarisation accordable conventionnel est généralement de plusieurs longueurs d'onde (des dizaines à des centaines) et se compose de deux plaques quart d'onde tournées (polariseurs linéaires à circulaires) placées de chaque côté d'un milieu biréfringent accordable, comme une couche de cristaux liquides, " Antoine Grbic, un autre chercheur qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Ici, nous avons remplacé cet appareil encombrant par une cascade de métasurfaces, résultant en un dispositif d'une épaisseur inférieure à la longueur d'onde et d'une fonctionnalité équivalente."

L'approche démontrée par Wu, Grbic et leur collègue Younes Ra'di permettent des conceptions ultra-compactes et pourraient être appliqués dans des systèmes polarimétriques micro-ondes pour la caractérisation ou la détection d'objets. Par exemple, leur rotateur de polarisation basé sur la métasurface pourrait être intégré à un élément d'antenne pour développer un système d'antenne compact pour l'imagerie micro-onde polarimétrique.

"Notre travail ouvre la voie à un profil plat/bas, antennes et systèmes optiques/quasioptiques accordables dynamiquement, " a déclaré Grbic. " On peut envisager de remplacer des configurations électromagnétiques ou optiques encombrantes nécessitant des combinaisons de composants conventionnels, y compris des lentilles, éléments de réglage, déphaseurs, modulateurs spatiaux de lumière, plaques d'ondes, polariseurs linéaires simplement avec ultra-mince en cascade, métasurfaces accordables."

La récente étude menée par Wu, Grbic et Ra'di ont présenté une nouvelle plate-forme qui permet un contrôle total du front d'onde transmis. Les chercheurs ont démontré leur approche en développant un rotateur de polarisation accordable, mais il pourrait également être utilisé pour adapter les ondes réfléchies. À l'avenir, leur méthode pourrait donc être appliquée à la conception d'une métasurface accordable qui non seulement fait tourner la polarisation de l'onde réfléchie/transmise, mais oriente également un faisceau dans différentes directions.

"Nos futurs plans de recherche incluent également le développement de conceptions de métasurfaces empilées pour un contrôle d'amplitude réglable, en plus du contrôle phase/polarisation que nous avons démontré à ce jour, " Ra'di a déclaré à Phys.org. " Un autre de nos objectifs est de traduire ces conceptions de métasurfaces en longueurs d'onde optiques. "

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