Les chercheurs ont conçu des éléments optiques ultraminces reconfigurables électromécaniquement qui peuvent être contrôlés et programmés pixel par pixel. Ces métasurfaces polyvalentes pourraient offrir un nouveau moyen basé sur des puces pour obtenir un contrôle nanométrique de la lumière, ce qui pourrait conduire à de meilleurs affichages optiques, codage de l'information et traitement numérique de la lumière.

"Les métasurfaces sont des éléments optiques ultrafins et compacts qui peuvent être utilisés pour manipuler l'amplitude, phase et polarisation de la lumière, " a déclaré Jiafang Li, chef de l'équipe de recherche de l'Institut de technologie de Pékin en Chine. " Bien que la plupart des métasurfaces soient statiques et passives, nous avons créé des métasurfaces qui se déforment mécaniquement en réponse aux forces électrostatiques."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs décrivent comment ils ont créé les nouvelles métasurfaces en utilisant des techniques à l'échelle nanométrique inspirées du kirigami, une variante de l'origami qui comprend la coupe ainsi que le pliage. Cela leur a permis de créer de minuscules unités qui transforment des conceptions 2D en structures 3D lorsqu'une tension est appliquée.

"Nous avons pu créer un affichage holographique dynamique en utilisant notre métasurface reconfigurable, ", a déclaré Li. "Ces éléments optiques pourraient conduire à de nouveaux types d'appareils dotés de fonctionnalités multitâches optiques et réinscriptibles. Ils peuvent également être utilisés dans des écrans 3D en temps réel et des projecteurs haute résolution, par exemple."

Motifs en spirale qui passent de la 2D à la 3D

Pour créer les nouvelles métasurfaces, les chercheurs ont conçu un motif 2D répétitif de deux spirales combinées qui sont gravées dans un nanofilm d'or et suspendues au-dessus de piliers en dioxyde de silicium. Les unités sont disposées dans un réseau carré avec seulement deux microns d'espace entre chacune. Lorsqu'une tension est appliquée, les spirales se déforment sous l'effet des forces électrostatiques. Cette métamorphose, qui est réversible et répétable, peut être utilisé pour moduler dynamiquement les propriétés optiques de la métasurface.

Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle approche pour créer deux types de métasurfaces pour contrôler la lumière pixel par pixel. Une métasurface utilisait la même tension pour déformer chaque unité, mais comportait des spirales avec des motifs structurels qui variaient pour créer différentes hauteurs de déformation. La deuxième métasurface a utilisé différentes tensions appliquées à chaque unité pour obtenir des hauteurs de déformation différentes pour des unités ayant des motifs structurels identiques.

Comme démonstration de validation de principe, les chercheurs ont utilisé ces métasurfaces pour démontrer le contrôle du faisceau et pour faire un affichage holographique. « Nous avons pu reconstruire des images à partir de la métasurface en contrôlant simplement le biais de tension, prouver la faisabilité de notre schéma de modulation efficace de la lumière, " dit Li.

Les chercheurs prévoient d'explorer des stratégies pouvant être utilisées pour obtenir un contrôle de tension pixelisé, comme la méthode d'adressage multiligne utilisée pour piloter plusieurs lignes simultanément dans les écrans OLED commerciaux. Pour rendre la technologie plus pratique, ils travaillent également à améliorer le rapport signal sur bruit et la qualité de modulation du système de reconfiguration.