En 1961, El físico Ugo Fano proporcionó la primera explicación teórica a una asimetría anómala observada en los perfiles espectrales de los gases nobles. Presentó una interpretación impactante de este fenómeno, ahora llamado 'Fano resonancia, 'afirmando que si un estado excitado discreto de un sistema cae dentro del rango de energía de un continuo de otros estados posibles, estos dos pueden interferir entre sí y dar lugar a picos y caídas anormales en la respuesta de frecuencia del sistema.

Aunque la resonancia Fano puede ocurrir en varios sistemas físicos, Los recientes avances en metasuperficies y nanotecnología han llamado la atención sobre este fenómeno como una herramienta potencialmente poderosa en óptica. La comprensión convencional de las resonancias ópticas de Fano es que son selectivas en el dominio de frecuencia de movimiento; en otras palabras, solo pueden ser excitados por ondas de luz planas con frecuencias y ángulos de incidencia específicos, limitando así su aplicabilidad. Pero, ¿podría esta imagen realmente estar incompleta?

En un estudio reciente publicado en Fotónica avanzada , los científicos Adam Overvig y Andrea Alù del Centro de Investigación Avanzada, Universidad de la ciudad de Nueva York, ESTADOS UNIDOS, investigó las metasuperficies Fano-resonantes y descubrió nuevas propiedades que podrían desbloquear su verdadero potencial. Overvig y Alù fueron más allá de las metasuperficies periódicas utilizadas convencionalmente para provocar resonancias Fano, demostrando que en realidad no se requiere una periodicidad estricta para posibilitar este fenómeno, y como resultado, las metasuperficies existentes solo representan un subconjunto específico de las resonancias de Fano que pueden surgir en los sistemas ópticos.

Un ejemplo general es útil para obtener la esencia general del estudio. Un convencional, La metasuperficie Fano-resonante periódica ofrece una fuerte polarización, y selectividad tanto espectral como angular. Esto significa que el sistema apenas refleja la luz de una frecuencia determinada, ángulo de incidencia, y polarización a menos que coincidan específicamente con los de su resonancia Fano (en cuyo caso, se produce un reflejo perfecto). Como se dijo antes, Otro aspecto importante de estas metasuperficies periódicas es que solo pueden experimentar resonancias de Fano si las ondas de luz incidente tienen un frente de onda plano. En marcado contraste con estas limitaciones, los investigadores demostraron que es posible crear una metasuperficie no periódica que logre una reflexión perfecta, curiosamente acompañado por la conjugación de fase de los campos entrantes, para ondas de luz con una forma y una forma de frente de onda adaptadas arbitrariamente.

Overvig y Alù demostraron matemáticamente que estas metasuperficies se pueden construir introduciendo estratégicamente perturbaciones no periódicas en placas de cristal fotónico que de otro modo serían muy periódicas. Su trabajo arroja luz sobre aspectos aún inexplorados de la resonancia óptica Fano, extendiendo el concepto más allá de la comprensión convencional.

La estrategia propuesta tiene múltiples aplicaciones relevantes, como lo resume Alù:"Nuestro hallazgo generaliza el concepto de resonancia Fano, mostrando que no está necesariamente asociado con un frente de onda plano. En la práctica, esto permite una nueva clase de dispositivos ópticos que son transparentes e interactúan débilmente con la luz entrante para la mayoría de las excitaciones, pero que de alguna manera se activan mediante una forma de frente de onda específica. frecuencia, y polarización, que se puede seleccionar por diseño. Solo bajo esta condición de excitación específica, el dispositivo se vuelve altamente reflectante y envía una versión inversa de la entrada específica ".

Él elabora sobre la funcionalidad de tales dispositivos:"Un ejemplo puede ser una superficie transparente que se puede iluminar desde cualquier ángulo y cualquier frecuencia y polarización, y siempre es transparente. Sin embargo, si lo ilumina con una fuente puntual localizada colocada en una ubicación específica solamente, con la frecuencia y polarización precisas, toda la energía de entrada se refleja y se enfoca nuevamente en la ubicación de la fuente ".

El concepto introducido de resonancias Fano generalizadas podría allanar el camino para metamateriales sofisticados que manipulan la luz de formas novedosas. con aplicaciones interesantes en un número dispar de escenarios que no se limitan a la óptica, pero también extensible a la acústica y otros fenómenos ondulatorios.