Flat - metalens - ще може да контролира посоката на излъчване
М. Хашеми и др. / Научни доклади, 2016
Новият метаматериал (така наречената метаповърхност) е подреден по следния начин. Тънък (с дебелина 200 nm) слой от ванадиев оксид се отлага върху силициев субстрат, който е електрически изолиран от силициев оксид от повърхностния слой на златото. Златото прави повърхността непрозрачна, така че падащата електромагнитна вълна не може да премине директно през нея. Но в плътния златен слой са направени кръстовидни изрези, а по периметъра им са положени тънки нагревателни електроди от титан.
Същността на новото устройство е, че нагряването променя локалните оптични свойства на повърхността в дадена точка, в резултат на което предаваното лъчение се отклонява под определен ъгъл. Ефектът възниква поради факта, че при нагряване над определена прагова температура ванадиевият оксид (VO2) става оптически активен, т.е. измества фазата на електромагнитната вълна на предаваното лъчение и измества пика на резонансната крива на предаване. В резултат на това излъчването с определена честота, падащо вертикално върху метаповърхността, се появява под определен ъгъл, подобно на начина, по който се случва, когато светлината се пречупва.
Важно е всеки от елементите да може да се управлява независимо и в устройството да няма движещи се части. В резултат на това всеки от нагревателните елементи се управлява независимо от останалите, което позволява ефективно контролиране на излъчването, без да има движещи се елементи на повърхността.
Важно е всеки от елементите на повърхността, нагрят от собствения си титанов електрод, да не влияе по никакъв начин на съседните, тоест на повърхността действително се образуват фазово изместващи се фази, независими една от друга.антени, чиито параметри могат да се контролират от потребителя с помощта на програмируем микрочип. В известен смисъл работата на устройството наподобява фазирана антенна решетка, но в този случай всеки елемент от метаповърхността действа независимо от останалите, което прави възможно формирането на почти произволен модел на предаване на светлина.
Например, разрезът показва как действа един от елементите на повърхността на метаматериала, когато токът на нагревателния елемент е 13 милиампера. В резултат на изместването на позицията на резонанса и фазовото изместване всички електромагнитни вълни с честота 92 гигахерца ще бъдат отклонени от този елемент под ъгъл от 59 градуса.
(a) Структура на метаматериала: слой от ванадиев оксид се отлага върху силициев субстрат, електрически изолиран от слоя злато, покриващ цялата структура със силициев оксид; в златния слой са направени кръстовидни отвори; по периметъра на всеки отвор е положен нагревателен елемент с нанометрови размери, изработен от титан; токът на всеки нагревателен елемент се контролира от микроелектронно устройство (не е показано). (b) Диаграма, показваща температурата на ванадиевия оксид под кръстообразния отвор спрямо тока на нагревателния елемент по периметъра на отвора. (c) Пример за това как една антена упражнява своето въздействие върху падаща електромагнитна вълна: пикът на резонансната крива на предаване на ванадиев оксид се измества наляво, докато фазата се измества, в резултат на което електромагнитната вълна се пречупва; в зависимост от тока на нагревателния елемент може да се получи желаното фазово отместване и съответно посоката на пропусканата светлина.
М. Хашеми и др. / Научни доклади, 2016
В момента усилията на много изследователи са насочени към търсенето на нови метаматериали.с оптически активна повърхност. Повърхността на такива метаматериали се нарича още метаповърхности. Те преобразуват падащото лъчение чрез промяна на амплитудата, фазата и поляризацията на електромагнитната вълна. Метаповърхностите са основният компонент на модулаторите на пространствена светлина, които се използват в редица съвременни технологии: космически комуникации, лидари (лазерни радари), създаване и обработка на изображения, холография и много други. В допълнение модулаторите на пространствена светлина позволяват разработването на технологии за сигурност, по-специално дистанционно наблюдение, дистанционно наблюдение и навигация при условия на лоша видимост.
