Метаповерхности были разработаны как альтернатива традиционным громоздким линзам и другим оптическим элементам. Это плоские структуры, покрытые нанометровыми элементами, которые способны с высокой точностью манипулировать световыми волнами. Технологии на основе метаповерхностей уже применяются в системах визуализации, дополненной реальности, спектроскопии и телекоммуникациях. Но возможности однослойных метаповерхностей имеют ограничения, особенно в управлении поляризацией света.
Новая двухслойная метаповерхность, изготовленная из нанометровых элементов диоксида титана, позволила преодолеть эти ограничения. Под микроскопом ее структура напоминает плотный массив миниатюрных небоскребов. Благодаря такому строению исследователи смогли расширить контроль над световыми волнами, регулируя их длину, фазу и поляризацию с беспрецедентной точностью.
«Это достижение высшего уровня нанотехнологий, — говорит автор исследования Федерико Капассо. — Оно открывает новые горизонты для метаповерхностей, возможности которых ранее не были исследованы основательно».
Одной из главных проблем при создании двухслойных метаповерхностей была их сложная технология производства. Многие ученые предполагали в теории возможность создания структуры такого рода, но технические ограничения не позволяли реализовать идеи на практике. Однако исследовательская группа из Гарварда разработала методику, которая все-таки позволила создать стабильные, свободно стоящие наноструктуры, которые не разрушаются и не оказывают химического влияния друг на друга.
Для демонстрации возможностей своей разработки команда провела эксперимент, в ходе которого двухслойная метаповерхность выполняла ту же функцию, что и сложная система поляризационных пластин и зеркал. Оказалось, что новая технология способна заменить традиционные оптические элементы, таким образом значительно снижая размеры и вес устройства.
В будущем ученые планируют расширить работу и создать многослойные структуры, которые будут способны управлять световыми волнами в еще более широком спектре, включая ближний инфракрасный диапазон. На их основе можно будет разработать новые интегрированные оптические системы — универсальные и высокоэффективные.
Компактные и мощные оптические системы, разработанные на основе новой технологии, могут найти применение в медицине, телекоммуникациях, компьютерных технологиях и военной промышленности.
Тем временем в России создали сверхстойкие фотомодули.
