Fullständig kontroll av några av ljusvågornas nyckelegenskaper – nämligen deras polarisering och fas – på nanoskala är av stort intresse för ljusbaserad teknik som bildskärmar, och inom energiskörd och dataöverföring. Det skulle tillåta, till exempel, miniatyrisering av traditionella optiska komponenter, såsom linser, polarisatorer eller stråldelare, till nanoskala storlekar. På samma gång, det kan dramatiskt öka deras prestanda och upplösning.

Ett nytt tillvägagångssätt för att kontrollera utbredning av ljus i nanoskala innebär användning av så kallade metasurfaces. En metayta är ett tvådimensionellt arrangemang av nanostora partiklar som kallas nanoantenner. Deras geometrier och materialegenskaper är skickligt utformade för att interagera med ljus på ett bestämt sätt. Genom att konstruera sådana metasytor, det är möjligt att ändra ljusets övergripande väg och, till exempel, få den att böjas eller fokusera på en viss plats i rymden, liknande vad konventionella prismor eller linser gör. När det gäller metasytor, detta händer på avstånd som är 1, 000 gånger mindre än diametern på ett människohår.

Forskare vid Agency for Science, Teknik och forskning (A*STAR) i Singapore har visat att användning av kiselnanopartiklar som nanoantenner, i stället för metaller som använts i tidigare forskning, möjliggör full kontroll över en inkommande ljusstråle samtidigt som den hålls i huvudsak transparent, tillåter överföringshastigheter över 85 %. Genom att kontrollera den rumsliga fördelningen av kiselnanopartiklarna, de kunde böja en ljusstråle med rekordeffektivitet på cirka 50%:en nivå som kan ökas ytterligare genom att optimera systemet.

När metaller användes för att designa nanoantenner, de orsakade starka ljusreflektioner vilket gjorde dem olämpliga för enheter som överför data. Uppvärmning inducerad i metaller resulterade också i ytterligare förluster i enheten, en allvarlig nackdel för verkliga tillämpningar som kräver hög effektivitet. Kisel, som ett halvledande material, övervinner dessa frågor, fann A*STAR-forskarna.

Medan teamets framtida forskning kommer att fokusera på att skapa omkopplingsbara eller omkonfigurerbara enheter, tillsammans med nya material i olika spektralregioner, den tekniska utmaningen blir att utveckla fullt livskraftiga ultraplatta optiska enheter för kommersiellt bruk.