Les scientifiques ont conçu la métasurface codée en spin sur la base de la méthode conventionnelle de modulation de phase Pancharatnam-Berry (PB) pour comprendre la symétrie inhérente au spin et aux degrés d'interaction. L'efficacité totale résultante de l'appareil n'était que de 50 pour cent. Pour surmonter la perte d'énergie optique, l'équipe a conçu la métasurface via un codage de spin par couplage asymétrique pour fonctionner pour la lumière polarisée circulairement gauche (LCP) et la lumière polarisée circulairement droite (RCP) pour aider à briser la limite d'efficacité conventionnelle. Le confinement des résonances magnéto-électriques au sein des nano-antennes a validé la procédure d'optimisation. L'équipe a sélectionné la taille des nanoantennes en fonction de leur capacité à conserver une efficacité de transmission élevée et un déphasage incrémentiel fixe. Ils ont développé des hologrammes pour les états de sécurité (visage souriant) et d'alarme (point d'exclamation) obtenus à partir de la métasurface couplée asymétrique conçue. Pour valider la fonctionnalité de la métasurface couplée asymétrique, Kim et al. simulé numériquement un métahologramme avec un logiciel de simulation électromagnétique pleine onde disponible dans le commerce—Lumerical Inc.

Capteurs de gaz holographiques et applications portables

Les scientifiques ont visualisé l'exposition au gaz en temps réel à l'aide du système LC-MS réactif au gaz. Ils ont ensuite testé la capacité de détection, les vitesses de commutation rapides de l'image holographique et l'efficacité de diffraction élevée du capteur de gaz dans la configuration optique lors de l'exposition à un gaz volatil. Kim et al. utilisé une source de gaz volatil omniprésente, c'est-à-dire un marqueur pour tableau contenant divers solvants organiques dont l'IPA (alcool isopropylique). Les dispositifs de métahologramme contenaient une nanoantenne a-Si:H. En l'absence de gaz volatil, le capteur projetait une image holographique souriante comme signe de sécurité. Lors de l'exposition au gaz, le signe s'est instantanément transformé en point d'exclamation pour fournir un "signe d'alarme". qui a réduit le retard optique pour convertir la polarisation du faisceau de polarisation de sortie de RCP (lumière polarisée circulairement à droite) en LCP (lumière polarisée circulairement gauche). Lorsque l'équipe a retiré le gaz, l'hologramme s'est rapidement rendu à son signe de sécurité, au fur et à mesure que les cristaux liquides reprennent leur orientation initiale. Le processus pouvait se produire en quelques secondes et la distance entre le marqueur et le capteur n'affectait pas le temps de réponse. Ce type de capteur aura des applications pour détecter l'exposition aux gaz nocifs lors du transport ou du stockage de produits sensibles aux gaz. L'équipe peut également étendre l'application en développant des dispositifs portables basés sur des métasurfaces flexibles formées via un processus de nanocasting en une étape. Contrairement à la nanoimpression conventionnelle, Kim et al. comprenait une résine durcissable aux ultraviolets (UV) fonctionnalisée avec des nanoparticules d'oxyde de titane en tant que résine composite à utiliser comme métasurface diélectrique pendant le processus, sans recourir à des procédés complexes de nanofabrication. Ce procédé est également adapté à la fabrication en série.

Comme preuve de concept, ils ont ensuite imprimé un capteur de gaz holographique flexible et conforme sur un film de polyéthylène téréphtalate (PET) flexible et l'ont attaché à la surface de lunettes de sécurité. L'équipe a ensuite optimisé les paramètres de la métasurface composite nanoparticule-résine pour une lumière incidente de longueur d'onde de 532 nm, bien que la construction ait également fonctionné sur une gamme plus large de longueurs d'onde. De cette façon, Kim et al. développé une alarme holographique claire. À l'avenir, ils peuvent miniaturiser et intégrer le capteur de gaz flexible et conforme proposé pour établir pleinement des capteurs de gaz portables et compacts. Ces capteurs ont fonctionné sans aucun dispositif mécanique et électronique complexe supplémentaire pour permettre des capteurs de gaz portables à faible coût qui peuvent être intégrés dans les usines, applications de construction et de nettoyage. L'appareil peut également fonctionner en mode réfléchissant en utilisant la lumière ambiante au lieu d'une source lumineuse interne pour développer moins cher, des plateformes de capteurs plus simples et miniaturisées.

Perspectives

De cette façon, Inki Kim et ses collègues ont proposé des règles de conception générales et polyvalentes pour réaliser le potentiel des systèmes de métasurface dynamiquement accordables et sensibles aux stimuli. La plate-forme de détection de gaz LC-MS proposée a fourni un système d'alarme visuelle rapide adapté à la détection des gaz toxiques, l'équipe a vérifié les capteurs de gaz conçus par rapport à leur praticité et faisabilité pour former un ultracompact, système de capteur de gaz économique et convivial qui a fonctionné sans exigences complexes. Le système est applicable en tant que capteurs portables pour prévenir les accidents d'empoisonnement au gaz où le capteur peut être monté sur des gants ou des lunettes pour donner un avertissement visuel rapide via des alarmes holographiques.

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