مواد مصنوعی ساده می‌توانند روی خواص نور تأثیر بگذارند!
مواد مصنوعی مهندسی‌شده که "متامواد" نیز نامیده می‌شوند، می‌توانند برای دست‌کاری و تغییر نور برای کاربردهای مختلف استفاده شوند؛ اما معمولاً نیازمند ساختارهای سه‌بعدی پیچیده با ابعاد بسیار کوچک، در حد چند ده نانومتر هستند.
به گزارش کلیک، اکنون تحقیقات علمی منجر به طراحی یک صفحه مصنوعی 2 بعدی (باضخامت بسیار کم) که آن را فرا سطح یا "metasurface" می‌خوانند، برای مدرن‌ترین روش تغییر در انتقال نور شده است.
تجسم این فراسطح که یک ساختار مربعی از استوانه‌های سیلیکونی است، قسمت‌های قابل‌مشاهده نور را دچار تغییر می‌کند.
هم‌اکنون محققان در موسسه A*STAR (موسسه علم، فنّاوری و تحقیق) در سنگاپور، یک فراسطح دوبعدی ساده‌تر برای جدیدترین روش تغییر در انتقال نور، طراحی کرده‌اند.
فراداده، یک بردار متناوب از عناصری در ابعاد ریزموج‌ها است که با مؤلفه‌های الکتریکی یا مغناطیسی امواج الکترومغناطیسی و یا هردو مواجه می‌شود. هر عنصر می‌تواند در جهت ساختن ماده‌ای با خواص نوری فراتر از آنی که به صورت طبیعی در ماده اصلی اتفاق می‌افتد، مهندسی شود. هردو فراسطح تولید شده یک هدف را دنبال می‌کنند؛ اما دومی دوبعدی است و راحت‌تر ساخته می‌شود.
آقای یفینگ یو و همکارانش از موسسه ذخیره‌سازی اطلاعات A*STAR، یک فراسطح ساخته‌اند که می‌تواند ویژ‌گی‌ای از نور به نام فاز را تغییر دهد (تصویر را مشاهده کنید). نور می‌تواند به صورت یک موج با قعر و قله (ماکسیمم و مینیمم) در نظر گرفته شود. عبور این موج به منظور ایجاد تأخیر و یا سرعت دادن (تغییر مکان) قلّه و قعر، تغییر فاز نامیده می‌شود. فراسطحی که توسط آقای یو و گروهش طراحی و ساخته شده، ظرفیت کنترل کامل فاز نور قابل‌مشاهده را دارد. می‌توان با توزیع تغییر فازهای خاص، نور را متمرکز کرد و یا حتی تصاویر لیزری موردتقاضا را ایجاد نمود.
فراسطح این گروه، صفحات سیلیکونی با ساختار مربعی را دربر دارد. هرکدام از آن‌ها 130 نانومتر طول و فاصله مرکز به مرکز 360 نانومتر را دارد. نور هنگام وارد شدن به این ساختار روی سطح آن جرقه می‌زند و از سمت دیگر، با تقریباً 10 درجه انحراف زاویه خارج می‌شود. تغییر فاز ایجاد شده در نور انتقالی توسط فراسطح، بستگی به شعاع صفحات سیلیکونی دارد. این گروه نشان داد که با تغییر شعاع از 120 تا 155 نانومتر، می‌توان هر تغییر فاز مطلوبی را ایجاد کرد.
اشکال اصلی روش‌های قبلی، از جمله مؤلفه‌های نوری، پایین بودن درصد نور منتقل شده است. ساختار تولیدشده توسط این گروه، بیشینه انتقالی در حدود 90% را ممکن کرده است. آقای یو این‌طور تشریح می‌کنند: بیشتر روش‌های قبل بر اساس نانوذره‌های پلاسمونیک است که اتلاف بسیار زیادی در طیف نور قابل‌مشاهده دارند و نوعاً فقط پاسخ تشدیدی الکتریکی دارند. محققان تقریباً توانسته‌اند هم تلفات و هم انعکاس نوری از فراسطح را حذف کنند.
آقای یو در ادامه می‌گوید: برای سودمند کردن فراسطح‌ها در کاربردهای عملی، بسیار مهم است که آن‌ها را تنظیم کرده و به صورت دینامیکی فاز نور ورودی را کنترل کنیم. این همان چیزی است که گروه ما هم‌اکنون روی آن کار می‌کند.