Forskare har designat elektromekaniskt omkonfigurerbara ultratunna optiska element som kan styras och programmeras på en pixel-för-pixel-nivå. Dessa mångsidiga metasytor kan erbjuda ett nytt chipbaserat sätt att uppnå nanoskalakontroll av ljus, vilket kan leda till bättre optiska skärmar, informationskodning och digital ljusbehandling.

"Metaytor är ultratunna och kompakta optiska element som kan användas för att manipulera amplituden, fas och polarisering av ljus, " sa forskargruppsledare Jiafang Li från Beijing Institute of Technology i Kina. "Även om de flesta metasytor är statiska och passiva, vi skapade metasytor som mekaniskt deformeras som svar på elektrostatiska krafter. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , forskarna beskriver hur de skapade de nya metasytorna med nanoskalatekniker inspirerade av kirigami, en variant av origami som inkluderar såväl skärning som vikning. Detta gjorde det möjligt för dem att skapa små enheter som omvandlas från 2D-design till 3D-strukturer när en spänning appliceras.

"Vi kunde skapa en dynamisk holografisk display med vår omkonfigurerbara metayta, ", sa Li. "Dessa optiska element kan leda till nya typer av enheter med optisk multitasking och omskrivbara funktioner. De kan också användas i 3D-skärmar i realtid och högupplösta projektorer, till exempel."

Spiralmönster som transformerar från 2D till 3D

För att skapa de nya metasytorna, forskarna designade ett upprepande 2D-mönster av två kombinerade spiraler som är etsade till en guld nanofilm och hängde ovanför kiseldioxidpelare. Enheterna är arrangerade i ett kvadratiskt galler med bara två mikrometers utrymme mellan var och en. När en spänning appliceras, spiralerna deformeras på grund av elektrostatiska krafter. Denna förvandling, som är reverserbar och repeterbar, kan användas för att dynamiskt modulera metaytans optiska egenskaper.

Forskarna använde sitt nya tillvägagångssätt för att göra två typer av metasytor för att kontrollera ljus pixel-för-pixel. En metayta använde samma spänning för att deformera varje enhet men hade spiraler med strukturella mönster som varierade för att skapa olika deformationshöjder. Den andra metaytan använde olika spänningar som applicerades på varje enhet för att uppnå olika deformationshöjder för enheter med identiska strukturella mönster.

Som en proof-of-concept-demonstration, forskarna använde dessa metasytor för att demonstrera strålkontroll och för att göra en holografisk visning. "Vi kunde rekonstruera bilder från metaytan genom att bara kontrollera spänningsförspänningen, bevisar genomförbarheten av vårt system för effektiv ljusmodulering, "sa Li.

Forskarna planerar att utforska strategier som kan användas för att uppnå pixelerad spänningskontroll, såsom multi-line adresseringsmetoden som används för att driva flera rader samtidigt i kommersiella OLED-skärmar. För att göra tekniken mer praktisk, de arbetar också med att förbättra signal-brus-förhållandet och moduleringskvaliteten för omkonfigurationssystemet.