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Apr 24, 2023

Banda larga e alta

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7454 (2023) Citare questo articolo

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Le metasuperfici nano-kirigami hanno attirato crescente attenzione grazie alla loro facilità di nanofabbricazione tridimensionale (3D), trasformazioni di forma versatili, capacità di manipolazione accattivanti e ricche potenziali applicazioni nei dispositivi nanofotonici. Aggiungendo un grado di libertà fuori piano ai risonatori a doppio anello diviso (DSRR) utilizzando il metodo nano-kirigami, in questo lavoro dimostriamo la conversione della polarizzazione lineare a banda larga e ad alta efficienza nella banda della lunghezza d'onda del vicino infrarosso. Nello specifico, quando i precursori DSRR bidimensionali vengono trasformati in controparti 3D, si realizza un rapporto di conversione di polarizzazione (PCR) superiore al 90% in un ampio intervallo spettrale da 1160 a 2030 nm. Inoltre, dimostriamo che la PCR ad alte prestazioni e a banda larga può essere facilmente adattata deformando deliberatamente lo spostamento verticale o regolando i parametri strutturali. Infine, come dimostrazione di prova, la proposta viene verificata con successo adottando il metodo di fabbricazione del nano-kirigami. I DSRR polimorfici basati su nano-kirigami studiati imitano una sequenza di componenti ottici sfusi discreti con multifunzione, eliminando così la necessità del loro allineamento reciproco e aprendo nuove possibilità.

Le metasuperfici nano-kirigami1, composte da nanostrutture artificiali polimorfiche a lunghezza subonda basate su metodi versatili di trasformazione della forma, non solo apportano un nuovo grado di libertà alla tradizionale nanoproduzione tridimensionale (3D), ma mostrano anche potenzialità straordinarie nel campo degli ologrammi riconfigurabili2, 3, vortici ottici dipendenti dal frattale4, metamateriali risonanti di Fano5,6,7, inversione del dicroismo circolare8,9 e così via. In particolare, i nano-kirigami1,10,11 potrebbero consentire sofisticati cambiamenti di forma dai precursori bidimensionali (2D) a nanostrutture deformate 3D con spostamento verticale e flessione spaziale, che fornisce un nuovo approccio per manipolare l'ampiezza, la fase e la polarizzazione dei segnali elettromagnetici. onde nella regione della microscala/nanoscala. A questo proposito, la deformazione delle strutture nano-kirigami è stata indotta da stimoli esterni come pressione pneumatica12, compressione meccanica7,13, polarizzazione elettronica14,15, attuazione magnetica16 ed espansione termica17. Tra questi, lo stress da trazione indotto dall’irradiazione del fascio ionico focalizzato globale (FIB) è approvato come una strategia facile per indurre cambiamenti strutturali permanenti.

Nel frattempo, grazie alla geometria aggiuntiva fuori piano, le versatili geometrie dei nano-kirigami potrebbero migliorare le prestazioni delle metasuperfici. Ad esempio, la conversione della polarizzazione mostra una splendida capacità di manipolare gli stati di polarizzazione in molti sistemi di ricerca scientifica. Le principali categorie di convertitori di polarizzazione convenzionali includono cristalli ottici attivi, cristalli liquidi e l'effetto Faraday18,19,20,21,22,23,24,25. Tuttavia, questi dispositivi soffrono più o meno di volumi ingombranti, bassa efficienza, larghezza di banda ridotta, fabbricazione complessa, ecc. Le metasuperfici forniscono una piattaforma ideale per superare queste carenze. La polarizzazione della luce può essere controllata arbitrariamente ingegnerizzando metaatomi delle metasuperfici con spessore inferiore alla lunghezza d'onda. Sfruttando le metasuperfici, si promette di realizzare un convertitore di polarizzazione a banda larga e ad alta efficienza con uno spessore ultrasottile.

Qui, riportiamo la generazione della conversione della polarizzazione a banda larga e ad alta efficienza nella lunghezza d'onda del vicino infrarosso impiegando una metasuperficie nano-kirigami. Incidendo i nanofilm sospesi locali, si realizzano metasuperfici con risonatori polimorfici a doppio anello diviso (DSRR) e ricche caratteristiche fisiche. Sia le simulazioni che gli esperimenti indicano che le metasuperfici DSRR 2D hanno due bande strette di plasmoni gap localizzati, che vengono uniti per formare una conversione di polarizzazione a banda larga e ad alta efficienza nelle strutture DSRR deformate verso l'alto 3D. Il valore del rapporto di conversione della polarizzazione (PCR) raggiunge oltre il 90% nell'intervallo di lunghezze d'onda da 1160 a 2030 nm. La conversione della polarizzazione a banda larga e ad alta efficienza dimostrata in tali metasuperfici basate su nano-kirigami potrebbe essere utile per le applicazioni in dispositivi optoelettronici ultracompatti e integrati.