Le contrôle complet de certaines des propriétés clés des ondes lumineuses - à savoir leur polarisation et leur phase - à l'échelle nanométrique est d'un intérêt majeur pour les technologies basées sur la lumière telles que les écrans d'affichage, et dans la récupération d'énergie et la transmission de données. Cela permettrait, par exemple, la miniaturisation des composants optiques traditionnels, tels que les lentilles, polariseurs ou séparateurs de faisceaux, à des tailles nanométriques. À la fois, cela pourrait augmenter considérablement leurs performances et leur résolution.

Une nouvelle approche pour contrôler la propagation de la lumière à l'échelle nanométrique implique l'utilisation de métasurfaces. Une métasurface est un arrangement bidimensionnel de particules nanométriques appelées nanoantennes. Leurs géométries et propriétés des matériaux sont savamment conçues pour interagir avec la lumière de manière déterminée. En créant de telles métasurfaces, il est possible de modifier le trajet global de la lumière et, par exemple, le faire plier ou se concentrer à un certain point de l'espace, similaire à ce que font les prismes ou les lentilles conventionnels. Dans le cas des métasurfaces, cela se produit à des distances qui sont 1, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain.

Chercheurs de l'Agence pour la science, Technology and Research (A*STAR) à Singapour ont démontré que l'utilisation de nanoparticules de silicium comme nanoantennes, à la place des métaux utilisés dans les recherches précédentes, permet un contrôle total d'un faisceau lumineux entrant tout en le gardant essentiellement transparent, permettant des taux de transmission supérieurs à 85 %. En contrôlant la distribution spatiale des nanoparticules de silicium, ils ont pu courber un faisceau lumineux avec des rendements records d'environ 50 % :un niveau qui pourrait encore être augmenté en optimisant le système.

Lorsque les métaux ont été utilisés pour concevoir des nanoantennes, ils provoquaient de fortes réflexions de lumière, les rendant impropres aux appareils qui transmettent des données. L'échauffement induit dans les métaux a également entraîné des pertes supplémentaires dans l'appareil, un sérieux inconvénient pour les applications du monde réel qui nécessitent une efficacité élevée. Silicium, comme matériau semi-conducteur, surmonte ces problèmes, les chercheurs d'A*STAR ont trouvé.

Alors que les recherches futures de l'équipe se concentreront sur la création d'appareils commutables ou reconfigurables, avec de nouveaux matériaux dans différentes régions spectrales, le défi technologique sera de développer des dispositifs optiques ultraplats entièrement viables pour des usages commerciaux.