Représentation artistique d'un métal troué. Crédit :Capasso Lab/Harvard SEAS
Les métasurfaces sont des structures à l'échelle nanométrique qui interagissent avec la lumière. Aujourd'hui, la plupart des métasurfaces utilisent des nanopiliers de type monolithe pour se concentrer, forme et contrôle la lumière. Plus le nanopilier est grand, plus la lumière met de temps à traverser la nanostructure, donnant à la métasurface un contrôle plus polyvalent de chaque couleur de lumière. Mais les piliers très hauts ont tendance à tomber ou à s'accrocher. Et qu'est-ce qui se passerait si, au lieu de construire de hautes structures, tu es allé dans l'autre sens ?
Dans un article récent, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé une métasurface qui utilise des trous très étroits, plutôt que de très hauts piliers, pour focaliser la lumière sur un seul point.
La recherche est publiée dans Lettres nano .
La nouvelle métasurface utilise plus 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 longs, trous 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 point focal, ouvrant la voie à une génération d'optiques plates à rapport d'aspect élevé, y compris les métalenses achromatiques large 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.
Une image en microscopie électronique à balayage (MEB) (à gauche) des trous du côté I des métaux troués et (à droite) une image SEM des trous du côté II des métaux. Crédit :Capasso Lab / Harvard SEAS
"Si vous essayez de faire des piliers avec ce rapport hauteur/largeur, ils tomberaient, " a déclaré Daniel Lim, un étudiant diplômé à SEAS et co-premier auteur de l'article. "La plate-forme trouée augmente le rapport hauteur/largeur accessible des nanostructures optiques sans sacrifier la robustesse mécanique."
Tout comme avec les nanopiliers, qui varient en taille pour concentrer la lumière, les metalens troués 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 foyer 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 large espace de paramètres et rendent possibles de nouvelles fonctionnalités, " dit Maryna Meretska, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l'article. "Les trous peuvent être remplis de matériaux optiques non linéaires, qui conduira à la génération et à la manipulation de la lumière à plusieurs longueurs d'onde, ou avec des cristaux liquides pour moduler activement les propriétés de la lumière."
Les métalenses ont été fabriquées à l'aide de procédés conventionnels de l'industrie des semi-conducteurs et de matériaux standard, lui permettant d'être fabriqué à grande échelle à l'avenir.
Le Harvard Office of Technology Development a protégé la propriété intellectuelle relative à ce projet et explore les possibilités de commercialisation.
