Тщательно разместив наноструктуры на плоской поверхности, исследователи из Университета Линчепинга (Швеция) значительно улучшили характеристики оптических метаповерхностей из проводящего пластика. Это важный шаг в развитии управляемой плоской оптики, которая в будущем найдет применение в виде видеоголограмм, материалов-невидимок, сенсоров, а также в биомедицинской визуализации. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Для управления светом сегодня используются изогнутые линзы, которые часто изготавливают из вогнутого или выпуклого стекла, что по-разному преломляет свет. Такие линзы можно найти во всем — от высокотехнологичного оборудования, такого как космические телескопы и радарные системы, до повседневных предметов, включая объективы фотоаппаратов и очков. Но стеклянные линзы занимают много места, и их трудно сделать меньше без ущерба для функциональности.
Однако с помощью плоских линз можно сделать очень маленькую оптику и найти новые области применения. Известные как металлические линзы, они являются примерами оптических метаповерхностей, которые представляют собой быстро развивающуюся область исследований с большим потенциалом, хотя в настоящее время технология имеет свои ограничения.
«Метаповерхности работают так, что наноструктуры располагаются в виде узоров на плоской поверхности и становятся приемниками света. Каждый приемник, или антенна, улавливает свет определенным образом, и вместе эти наноструктуры позволяют управлять светом по своему усмотрению», — говорит Магнус Йонссон, профессор прикладной физики из Университета Линчепинга.
Сегодня существуют оптические метаповерхности, изготовленные, например, из золота или диоксида титана. Но главная проблема заключается в том, что функции метаповерхностей нельзя регулировать после изготовления. Как исследователи, так и промышленники требовали возможности включать и выключать метаповерхности или динамически изменять фокусное расстояние металлической линзы.
В 2019 году исследовательская группа Магнуса Йонссона выяснила, что проводящий пластик (проводящие полимеры) может решить эту проблему. Ученые показали, что пластик может оптически функционировать как металл и, таким образом, использоваться в качестве материала для антенн, создающих метаповерхность. Благодаря способности полимеров окисляться и восстанавливаться, наноантенны можно было включать и выключать. Однако эффективность метаповерхностей, созданных из проводящих полимеров, была ограничена и не сравнима с метаповерхностями, созданными из традиционных материалов.
Теперь той же исследовательской группе удалось повысить производительность в 10 раз. Если точно контролировать расстояние между антеннами, они смогут помогать друг другу благодаря резонансу, усиливающему взаимодействие света, который называется коллективным решеточным резонансом. «Мы показали, что метаповерхности из проводящих полимеров могут обеспечить достаточно высокую производительность, чтобы быть актуальными для практического применения», — говорит Дунцин Линь, главный автор исследования.
На данный момент ученым удалось изготовить управляемые антенны из проводящих полимеров для инфракрасного, но не для видимого света. Следующим шагом станет разработка материала, который будет функционировать и в видимом световом спектре.
