Динамически контролируя оптические свойства материала можно модулировать, выбирать или переключать характеристики световых лучей, такие как интенсивность, фаза, цвет и направление. Такую возможность, важную для многих существующих и будущих устройств, предоставляет сконструированный в Саутгемптонском университете (Великобритания) метаматериал, управляемый лучом лазера.

До сих пор, все известные переключаемые метаматериалы получали, комбинируя металлические метаматериалы с так называемыми активными средами, такими как теллурид германия и сурьмы (GST), используемый в DVD. Типичным металлом в таких комбинациях было золото, несовместимое с КМОП-технологиями. Кроме того, металлические наноструктуры поглощают свет на видимых и инфракрасных частотах, что делает их неподходящими для многих оптических приложений, и могут получать повреждения при облучении их управляющим лазерным лучом.

Поэтому в новой работе сотрудники Центра оптоэлектронных исследований и Центра фотонных метаматериалов в Саутгемптоне решили вообще отказаться от использования металла в переключаемом метаматериале.

«Мы создали полностью диэлектрический метаматериал с дополнительными возможностями энергонезависимой фазовой коммутации GST», — сообщил участник исследования, Кевин Макдональд (Kevin MacDonald). Импульсы лазера могут изменять структуру GST, которая переключается между аморфной и кристаллической. Такое изменение сохраняется до следующего импульса.

Необходимую для метаматериала наноструктуру, сеть параллельных канавок с шагом 750–950 нм, нанесли на аморфную плёнку GST, толщина которой составляла всего 300 нм. Такая решётка служила для избирательного блокирования передачи света в ближнем ИК-диапазоне (длины волн 1300–1600 нм). Но под воздействием зеленого лазера пленка переходила в кристаллическое состояние и становилась прозрачной для этих длин волн.

По результатам исследования университетская команда опубликовала статью в Applied Physics Letters. Теперь они работают над улучшением циклической стабильности переключаемых наноматериалов. Кроме того, в дальнейших планах создание более сложных структур метаповерхностей для реализации новых оптических функций, например, включаемых и отключаемых плоских линз.