Optiska kretsar kommer att revolutionera prestandan för många enheter. De är inte bara 10 till 100 gånger snabbare än elektroniska kretsar, men de förbrukar också mycket mindre ström. Inom dessa kretsar, ljusvågor styrs av extremt tunna ytor som kallas metasytor som koncentrerar vågorna och styr dem efter behov. Metasytorna innehåller regelbundet åtskilda nanopartiklar som kan modulera elektromagnetiska vågor över våglängdsvågar under mikrometer.

Metasurfaces kan göra det möjligt för ingenjörer att göra flexibla fotoniska kretsar och ultratunna optik för en mängd applikationer, allt från flexibla surfplattor till solpaneler med förbättrade ljusabsorberande egenskaper. De kan också användas för att skapa flexibla sensorer för direkt placering på patientens hud, till exempel, för att mäta saker som puls och blodtryck eller för att upptäcka specifika kemiska föreningar.

Fångsten är att skapa metasytor med den konventionella metoden, litografi, är en krånglig process som tar flera timmar och måste göras i ett renrum. Men EPFL -ingenjörer från Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP) har nu utvecklat en enkel metod för att göra dem på bara några minuter vid låga temperaturer - eller ibland till och med vid rumstemperatur - utan behov av ett renrum. EPFL:s teknikhögskolemetod producerar dielektriska glasmetasytor som kan vara antingen styva eller flexibla. Resultaten av deras forskning visas i Naturnanoteknik .

Förvandla en svaghet till en styrka

Den nya metoden använder en naturlig process som redan används inom vätskemekanik:avfuktning. Detta inträffar när en tunn filmfilm avsätts på ett substrat och sedan upphettas. Värmen gör att filmen dras tillbaka och bryts isär till små nanopartiklar. "Vätning ses som ett problem i tillverkningen - men vi bestämde oss för att använda det till vår fördel, säger Fabien Sorin, studiens huvudförfattare och chef för FIMAP.

Med deras metod, ingenjörerna kunde skapa metasytor av dielektriska glas, snarare än metalliska metasytor, för första gången. Fördelen med dielektriska metasytor är att de absorberar väldigt lite ljus och har ett högt brytningsindex, gör det möjligt att modulera ljuset som sprider sig genom dem.

För att konstruera dessa metasytor, ingenjörerna skapade först ett substrat texturerat med önskad arkitektur. Sedan deponerade de ett material - i det här fallet, kalkogenidglas - i tunna filmer som bara är tiotals nanometer tjocka. Substratet upphettades därefter i ett par minuter tills glaset blev mer flytande och nanopartiklar började bildas i de storlekar och positioner som dikterades av substratets struktur.

Metoden är så effektiv att den kan producera mycket sofistikerade metasytor med flera nivåer av nanopartiklar eller med grupper av nanopartiklar med 10 nm mellanrum. Det gör metasytorna mycket känsliga för förändringar i omgivningsförhållanden - som att upptäcka förekomsten av även mycket låga halter av biopartiklar. "Det här är första gången avfuktning har använts för att skapa glasmetasytor. Fördelen är att våra metasytor är släta och regelbundna, och kan enkelt produceras på stora ytor och flexibla underlag, säger Sorin.