La capacidad de manipular la luz en una escala de sublongitud de onda podría conducir a una revolución en los dispositivos fotónicos como las antenas, paneles solares, e incluso dispositivos de camuflaje. Los avances de la nanotecnología lo han hecho posible a través del desarrollo de metasuperficies, materiales cubiertos de características más pequeñas que la longitud de onda de la luz.

Ahora, un equipo dirigido por investigadores de A * STAR ha producido una metasuperficie muy prometedora que se puede controlar con precisión utilizando un circuito eléctrico convencional para que refleje y transmita diferentes cantidades de radiación. Incluso puede alcanzar la condición de 'antirreflejo perfecto' donde no refleja radiación alguna. Específicamente, la superficie funciona con radiación de terahercios de banda ancha, que se encuentra en el extremo más alejado del espectro infrarrojo y tiene muchos usos potenciales, particularmente en los campos de la seguridad o la medicina.

"La radiación de terahercios puede penetrar una amplia variedad de materiales no conductores, pero está bloqueado por agua líquida o metales, "explica Lu Ding, quien dirigió el trabajo con Jinghua Teng en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE). "Esto significa que las vigas de terahercios se pueden utilizar para la caracterización de materiales, inspección de capas, y producir imágenes de alta resolución del interior de objetos sólidos. Es radiación no ionizante, y más seguro que los rayos X ".

Se han diseñado metasuperficies anteriores para manipular el reflejo de la radiación de terahercios. Sin embargo, su aplicación ha sido limitada, como explica Ding:"Las superficies antirreflejos de terahercios convencionales son pasivas y, a menudo, emplean un revestimiento metálico ultrafino que, una vez fabricado, se fija y no puede ajustar activamente su rendimiento ".

"Una metasuperficie eléctricamente sintonizable produciría dispositivos más versátiles y brindaría más flexibilidad en el diseño del sistema, "agrega Teng." Es el gran avance que la comunidad está buscando ".

Ding y Teng, junto con compañeros de trabajo en el Instituto A * STAR de Microelectrónica (IME), Universidad Tecnológica de Nanyang, Universidad Nacional de Singapur y Universidad de Jilin en China, fabricó su nueva metasuperficie en una oblea de silicio, utilizando un proceso totalmente compatible con las tecnologías de semiconductores de óxido de metal complementario (CMOS) que sustentan la mayoría de la electrónica.

La metasuperficie expuesta contiene franjas de silicio semiconductor, dopado con otros elementos. Estas rayas son alternativamente de tipo n, en el que los portadores de carga en movimiento son electrones, y tipo p, en el que los portadores son "huecos" cargados positivamente en la estructura electrónica. Cuando se cambia el voltaje suministrado a las uniones p-n, la reflexión y la transmisión de la radiación también cambian.

El equipo se dio cuenta de que el coeficiente de reflexión aumentaba en respuesta a un aumento de temperatura causado por el voltaje aplicado. Mientras tanto, la transmisión mostró una respuesta más compleja dependiendo de la polaridad del voltaje, lo que afectó al tipo de portador de carga que se convirtió en dominante. Usando espectroscopia de dominio de tiempo de terahercios, el equipo mostró que ciertas condiciones de voltaje hicieron que el pulso de eco de la metasuperficie desapareciera, que representa una antirreflejo completa.

Además de proporcionar este control sin precedentes sobre la reflexión y la transmisión, la metasuperficie tiene la ventaja de ser casi completamente plana a nivel atómico. Esto lo hace ideal para crear capas suaves en dispositivos más complejos.

"Otra gran ventaja es que nuestra investigación analiza cómo interactúan los materiales 2-D con metamateriales o metasuperficies 2-D, un tema en nuestro proyecto en el Programa Pharos de Semiconductores 2-D de A * STAR, "dice Teng." La superficie atómicamente lisa hace que la transferencia y formación de heteroestructuras 2-D-Si sea mucho más fácil que las superficies modeladas de pilares o discos de tamaño nanométrico que se ven en las metasuperficies convencionales ".

"Podríamos aprovechar aún más este tipo de metasuperficie sesgando de forma independiente las uniones p-n o diseñando funciones modulares, lo que significa que tendríamos metamateriales preprogramables, "dice Ding. Teng agrega que la misma plataforma podría usarse para estudiar materiales bidimensionales prometedores como el disulfuro de molibdeno, que exhibe impresionantes propiedades electrónicas y ópticas para su uso en nuevos circuitos flexibles.