Möjligheten att manipulera ljus i en subvåglängdsskala kan leda till en revolution i fotoniska enheter som antenner, solpaneler, och till och med cloaking -enheter. Nanotekniska framsteg har gjort detta möjligt genom utveckling av metasytor, material som täcks av funktioner som är mindre än ljusets våglängd.

Nu, ett team som leds av A*STAR -forskare har tagit fram en mycket lovande metasyta som kan kontrolleras exakt med en konventionell elektrisk krets så att den reflekterar och överför olika mängder strålning. Det kan till och med nå tillståndet "perfekt antireflektion" där det inte reflekterar någon strålning alls. Specifikt, ytan fungerar med bredbands -terahertz -strålning, som finns längst ut i det infraröda spektrumet och har många potentiella användningsområden, särskilt inom säkerhets- eller medicinska områden.

"Terahertz-strålning kan penetrera en mängd olika icke-ledande material, men blockeras av flytande vatten eller metaller, "förklarar Lu Ding, som ledde arbetet med Jinghua Teng vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (IMRE). "Detta innebär att terahertz -balkar kan användas för materialkarakterisering, skiktinspektion, och producera högupplösta bilder av det inre av fasta föremål. Det är icke-joniserande strålning, och säkrare än röntgen. "

Tidigare metasytor har utformats för att manipulera reflektionen av terahertz -strålning. Dock, deras ansökan har varit begränsad, som Ding förklarar:"Konventionella terahertz -antirefleksytor är passiva och använder ofta en ultratunn metallbeläggning som, en gång tillverkad, blir fast och du kan inte aktivt justera dess prestanda. "

"En elektriskt avstämbar metasyta skulle producera mer mångsidiga enheter och ge mer flexibilitet i systemdesign, "tillägger Teng." Det är det genombrott samhället letar efter. "

Ding och Teng, tillsammans med kollegor vid A*STAR Institute of Microelectronics (IME), Nanyang tekniska universitet, National University of Singapore och Jilin University i Kina, tillverkade sin nya metasyta på en kiselskiva, använder en process som är helt kompatibel med den komplementära metalloxidhalvledartekniken (CMOS) som ligger till grund för den mesta elektroniken.

Den exponerade metasytan innehåller ränder av halvledande kisel, dopad med andra element. Dessa ränder är omväxlande n-typ, där de rörliga laddningsbärarna är elektroner, och p-typ, i vilka bärarna är positivt laddade "hål" i elektronstrukturen. När spänningen som matas till p-n-korsningarna ändras, strålningens reflektion och överföring förändras också.

Teamet insåg att reflektionskoefficienten ökade som svar på en temperaturökning orsakad av den applicerade spänningen. Under tiden, överföringen visade ett mer komplext svar beroende på spänningspolariteten, som påverkade den typ av laddningsbärare som blev dominerande. Med hjälp av terahertz tidsdomenspektroskopi, laget visade att vissa spänningsförhållanden fick ekopulsen från metasytan att försvinna, representerar fullständig antireflektion.

Förutom att ge denna oöverträffade kontroll över reflektion och överföring, metasytan har fördelen av att vara nästan helt platt på atomnivå. Detta gör den idealisk för att bygga upp släta lager i mer komplexa enheter.

"En annan stor fördel är att vår forskning undersöker hur 2-D-material interagerar med 2-D-metamaterial eller metasytor, ett ämne i vårt projekt i A*STAR's 2-D Semiconductors Pharos Program, "säger Teng." Den atomiskt släta ytan gör överföring och bildning av 2-D-Si heterostrukturer mycket enklare än de mönstrade ytorna på nanostorlekar eller skivor som ses på konventionella metasytor. "

"Vi kan ytterligare utnyttja denna typ av metasyta genom att oberoende förspänna p-n-korsningarna eller designa modulära funktioner, vilket innebär att vi skulle ha förprogrammerbara metamaterial, "säger Ding. Teng tillägger att samma plattform kan användas för att studera lovande 2-D-material som molybdendisulfid, som uppvisar imponerande elektroniska och optiska egenskaper för användning i nya flexibla kretsar.