Materialets egenskaper kan bete sig på roliga sätt. Justera en aspekt för att göra en enhet mindre eller mindre läckande, till exempel, och något annat kan förändras på ett oönskat sätt, så att ingenjörer spelar ett spel för att balansera en egenskap mot en annan. Nu har ett team av Penn State elektriska ingenjörer ett sätt att samtidigt styra olika optiska egenskaper hos dielektriska vågledare med hjälp av en tvåskiktsbeläggning, varje lager med en tjocklek och vikt nära noll.

"Tänk dig vattenkranen i ditt hem, vilket är en viktig enhet varje dag, sade Douglas H. Werner, John L. och Genevieve H. McCain Ordförande professor i elektroteknik. "Utan rör för att transportera vattnet från källan till kranen, enheten är värdelös. Det är samma sak med "vågledare". De bär elektromagnetiska eller optiska signaler från källan till enheten - en antenn eller annan mikrovågsugn, millimetervåg eller terahertz-enhet. Vågledare är en viktig komponent i alla elektromagnetiska eller optiska system, men de förbises ofta eftersom mycket av fokus har varit på själva enheterna och inte vågledarna. "

Enligt Zhi Hao Jiang, tidigare postdoktor vid Penn State och nu professor vid Southeast University, Nanjing, Kina, metasurface -beläggningar tillåter forskare att krympa vågledarnas diameter och styra vågledaregenskaperna med oöverträffad flexibilitet.

Forskarna utvecklade ett material som är så tunt att det är nästan tvådimensionellt, med egenskaper som manipulerar och förbättrar egenskaperna hos vågledaren.

De utvecklade och testade två överensstämmande beläggningar, en för att styra signalen och en för att täcka vågledaren. De skapade beläggningarna genom att förnuftigt konstruera mönstret på ytorna för att möjliggöra ny och transformativ vågledarfunktion. Beläggningarna appliceras på en stavformad, Teflonvågledare med det styrande lagret som rör vid Teflon och det täckande lagret på utsidan.

Denna kvasi 2-dimensionella konforma beläggning som är konfigurerad som ett mantelmaterial kan lösa överhörning och blockering. Dielektriska vågledare används vanligtvis inte ensamma, men i buntar. Tyvärr, konventionella vågledare läcker, så att signalen från en vågledare kan störa de som ligger i närheten.

Forskarna noterar också i dagens (25 augusti) nummer av Naturkommunikation att "effektiviteten hos den konstgjorda beläggningen kan bibehållas väl för vågledarböjningar genom att korrekt matcha spridningsegenskaperna hos metasyteenhetscellerna." Även om beläggningen kan appliceras på en böj i vågledaren, vågledaren kan inte böjas efter att beläggningen applicerats.

Genom att förbättra vågledarens egenskaper för att noggrant styra polarisering och andra attribut kan vågledarna vara mindre, och lindra överhörning gör att dessa mindre vågledare kan buntas närmare. Mindre vågledare som är tätare sammankopplade kan leda till ökad miniatyrisering.

"När det gäller applikationer inkluderar dessa millimetervåg/terahertz/infraröda system för avkänning, kommunikation, och avbildning som behöver manipulera polarisering, pressa signaler genom vågledare med ett mindre tvärsnitt, och/eller kräver tät distribution av sammankopplade komponenter, sa Jiang.

Lei Kang arbetade också med detta projekt forskningsassistent i elektroteknik, Penn State.