Los investigadores han diseñado elementos ópticos ultrafinos reconfigurables electromecánicamente que se pueden controlar y programar a nivel de píxel por píxel. Estas metasuperficies versátiles podrían ofrecer una nueva forma basada en chips para lograr el control de la luz a nanoescala, lo que podría conducir a mejores pantallas ópticas, codificación de información y procesamiento de luz digital.

"Las metauperficies son elementos ópticos ultrafinos y compactos que se pueden utilizar para manipular la amplitud, fase y polarización de la luz, ", dijo el líder del equipo de investigación Jiafang Li del Instituto de Tecnología de Beijing en China." Aunque la mayoría de las metasuperficies son estáticas y pasivas, creamos metasuperficies que se deforman mecánicamente en respuesta a fuerzas electrostáticas ".

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , los investigadores describen cómo crearon las nuevas metasuperficies utilizando técnicas de nanoescala inspiradas en kirigami, una variación del origami que incluye tanto cortar como doblar. Esto les permitió crear pequeños unidades que se transforman de diseños 2D a estructuras 3D cuando se aplica un voltaje.

"Pudimos crear una pantalla holográfica dinámica utilizando nuestra metasuperficie reconfigurable, ", dijo Li." Estos elementos ópticos podrían conducir a nuevos tipos de dispositivos con funcionalidades ópticas multitarea y regrabables. También pueden utilizarse en pantallas 3D en tiempo real y proyectores de alta resolución, por ejemplo."

Patrones en espiral que se transforman de 2D a 3D

Para crear las nuevas metasuperficies, los investigadores diseñaron un patrón bidimensional repetido de dos espirales combinadas que están grabadas en una nanofilm de oro y suspendidas sobre pilares de dióxido de silicio. Las unidades están dispuestas en una celosía cuadrada con solo dos micrones de espacio entre cada una. Cuando se aplica un voltaje, las espirales se deforman debido a fuerzas electrostáticas. Esta transformación que es reversible y repetible, se puede utilizar para modular dinámicamente las propiedades ópticas de la metasuperficie.

Los investigadores utilizaron su nuevo enfoque para crear dos tipos de metasuperficies para controlar la luz píxel por píxel. Una metasuperficie usaba el mismo voltaje para deformar cada unidad, pero presentaba espirales con patrones estructurales que variaban para crear diferentes alturas de deformación. La segunda metasuperficie utilizó diferentes voltajes aplicados a cada unidad para lograr diferentes alturas de deformación para unidades con patrones estructurales idénticos.

Como demostración de prueba de concepto, los investigadores utilizaron estas metasuperficies para demostrar el control del haz y hacer una pantalla holográfica. "Pudimos reconstruir imágenes de la metasuperficie simplemente controlando el sesgo de voltaje, demostrando la viabilidad de nuestro esquema para una modulación de luz efectiva, "dijo Li.

Los investigadores planean explorar estrategias que se pueden utilizar para lograr un control de voltaje pixelado, como el método de direccionamiento multilínea utilizado para controlar varias filas simultáneamente en pantallas OLED comerciales. Para hacer que la tecnología sea más práctica, también están trabajando para mejorar la relación señal-ruido y la calidad de modulación del sistema de reconfiguración.