Для управления светом применяются изогнутые линзы из вогнутого или выпуклого стекла, которые по-разному преломляют свет. Такие линзы встречаются в разнообразных предметах, от высокотехнологичного оборудования, такого как космические телескопы и радарные системы, до обычных вещей — объективов фотоаппаратов и очков. Но стеклянные линзы занимают много места и их сложно сделать компактными без потери функциональности.
С помощью плоских линз можно изготовить компактную оптику и открыть новые области применения. Эти металлические линзы — пример оптических метаповерхностей, активно разрабатываемой области исследований с большим потенциалом, имеющей пока ограничения.
Метаповерхности функционируют так, что наноструктуры в виде узоров размещаются на плоской поверхности и становятся приемниками света. Каждый приемник, или антенна, улавливает свет определенным образом, и вместе они позволяют управлять светом по своему желанию, — утверждает Магнус Йонссон, профессор прикладной физики из Университета Линчепинга.
Сегодня существуют оптические метаповерхности, например, из золота или диоксида титана. Главная проблема в том, что функции метаповерхностей не регулируемы после изготовления. Исследователи и промышленники требуют возможности включать, выключать метаповерхности или динамически изменять фокусное расстояние металлической линзы.
В 2019 году группа Магнуса Йонссона обнаружила, что проводящий пластик может решить данную проблему. Ученые продемонстрировали, что пластик может работать как металл и применяться в качестве материала для антенн, формирующих метаповерхность. Благодаря способности полимеров окисляться и восстанавливаться, наноантенны можно было включать и выключать. Эффективность метаповерхностей из проводящих полимеров оставалась ограниченной и не достигала уровня метаповерхностей из традиционных материалов.
Исследовательской группе удалось увеличить производительность в десять раз. Точный контроль расстояния между антеннами позволяет им взаимодействовать благодаря резонансу, усиливающему обмен светом, называемый коллективным решеточным резонансом. «Мы продемонстрировали, что метаповерхности из проводящих полимеров могут обеспечить достаточную производительность для практического применения», — отмечает Дунцин Линь, ведущий автор исследования.
На настоящий момент учёным удалось создать управляемые антенны из проводящих полимеров для инфракрасного излучения, однако не для видимого света. Следующим этапом будет разработка материала, работающего в видимой области спектра.
[Фото: Thor Balkhed / Linköping University]