Les structures ultrathin qui peuvent se plier, se concentrer ou filtrer la lumière, les métasurfaces remodèlent la façon dont les scientifiques pensent de l'optique. Ces matériaux techniques offrent un contrôle précis sur le comportement des lumières, mais de nombreuses conceptions conventionnelles sont retenues par des inefficacités. En règle générale, ils s'appuient sur des résonances locales au sein des nanostructures individuelles, qui divulguent souvent de l'énergie ou fonctionnent mal sous des angles larges. Ces lacunes limitent leur utilité dans des domaines tels que la détection, l'optique non linéaire et les technologies quantiques.
Un domaine de recherche croissant se tourne plutôt sur les métasurfaces non locales, où les interactions entre de nombreux éléments créent des effets optiques collectifs. Ces comportements collectifs peuvent piéger la lumière plus efficacement, produisant des résonances plus nettes et des interactions plus fortes avec la matière. L'une des possibilités les plus prometteuses dans ce domaine est le développement de bandes plates photoniques, où le comportement résonnant reste uniforme à travers un large éventail d'angles de vision.
Un autre crée des réponses chirales, qui permettent aux dispositifs de distinguer la lumière polarisée circulaire à gauche et à droite. Jusqu'à présent, cependant, la réalisation d'un comportement à la bande plate et au chiral avec une grande efficacité sur une seule plate-forme est restée un défi majeur.
Dans de nouveaux travaux, les scientifiques de la Shandong Normal University et de l'Australian National University ont trouvé une voie à suivre. Comme indiqué dans Photonique avancéeils ont conçu une classe de métasurfaces combinant les principes des guides d'ondes optiques (Crows) à résonateur couplé avec des structures planes anisotropes.
Dans ces conceptions, des tableaux de guides d'ondes optiques faiblement liés – avec leur symétrie délibérément brisée – produisent des bandes plates photoniques à travers des angles larges tout en préservant des facteurs de qualité ultra-haute. Le couplage latéral soigneusement réglé des guides d'onde ralentit la lumière à une vitesse de groupe proche de zéro, ce qui augmente les interactions légères-mort et assure une résonance cohérente à travers différents angles d'incidence.
Les chercheurs sont allés plus loin en manipulant la symétrie dans le plan de leurs métasurfaces. Grâce à cette ingénierie, ils ont démontré des bandes plates unidirectionnelles et bidirectionnelles qui répondent à la lumière polarisée linéairement, ainsi qu'aux bandes plates chirales qui ne réagissent qu'à une «maindence» de polarisation circulaire. Ces réalisations, vérifiées à la fois par les simulations et les expériences, marquent la première démonstration d'effets à bande plate à Q et chiraux coexistant dans une seule métasurface.
L'approche offre un nouveau cadre pour créer des dispositifs optiques multifonctionnels. En intégrant la physique du corbeau dans la conception de métasurface, l'équipe montre comment étendre la gamme des outils disponibles pour contrôler la lumière à des échelles extrêmement petites. Le travail pourrait ouvrir de nouvelles directions dans l'optique quantique, la détection avancée, les communications et les technologies compactes à optique plate.
