EPFL · Wetenschap

EPFL-onderzoekers ontwikkelen real-time afstembare midden-infrarood metasurfaces

Wetenschappers van de EPFL hebben ultradunne siliciumstructuren gecreëerd die hun interactie met midden-infrarood licht snel kunnen aanpassen, een doorbraak voor geavanceerde communicatie, detectie en kwantumtechnologieën.

Metasurfaces, nanoscopisch gepattenteerde structuren, worden onderzocht om midden-infrarood licht te controleren, cruciaal voor het identificeren van stoffen en voor vrije-ruimte optische communicatie. De meeste bestaande metasurfaces hebben echter vaste optische eigenschappen na fabricage.

Onderzoekers van het Bionanophotonic Systems Laboratory (BIOS) van de EPFL hebben deze beperking overwonnen met behulp van zwevende kristallijne siliciummembranen. Door mobiele elektrische ladingen in het silicium te introduceren, kunnen ze de lichtrespons van de metasurfaces in real time wijzigen zonder fysieke veranderingen.

Deze nieuwe metasurfaces vertonen aanzienlijk verbeterde optische prestaties, met belangrijke meetwaarden die meer dan tien keer beter zijn dan eerdere midden-IR-platforms die vergelijkbare materialen gebruiken. Dit wordt toegeschreven aan verminderde optische verliezen die worden bereikt door de nanogestructureerde siliciumlaag in de lucht te laten zweven.

Het team demonstreerde twee methoden voor het afstemmen van de metasurfaces: één met geïntegreerde microverwarmers om veranderingen via elektrische stroom duizenden keren per seconde te induceren, en een andere met ultrasnelle laserpulsen voor veranderingen op nanoseconde-tijdschalen.

Deze snelle, real-time manipulatie van lichtsignalen zou de communicatie-efficiëntie kunnen verbeteren en sensoren in staat stellen zich snel aan te passen aan veranderende omgevingen. De gebruikte fabricagetechnieken zijn compatibel met grootschalige halfgeleiderproductie, wat schaalbaarheid garandeert.

Dit werk vormt een veelzijdig platform voor toekomstige midden-IR-fotonica, wat mogelijk compacte, energiezuinige apparaten voor optische communicatie, zeer selectieve sensoren voor chemische en biologische detectie en actieve stralingskoelingstechnologieën mogelijk maakt.

De combinatie van hoge optische prestaties en snelle afstembaarheid biedt ook veelbelovende mogelijkheden voor geavanceerde fotonica-toepassingen die precieze lichtregeling vereisen, zoals kwantum spectroscopie.

AI-samenvatting op basis van de bron.