Nowy sposób kontroli i interakcji ze światłem
Światło, które znamy, jest statyczne, sztywne i zazwyczaj ma stałą funkcję. Wyobraźmy sobie, że wcale tak nie musi być. Tego rodzaju wizję zgłębia zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu METAmorphoses(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Ich błyskotliwy pomysł opiera się na opraocwnaiu dynamicznych, ultracienkich i płaskich urządzeń optycznych zdolnych do adaptacji, reagowania i rekonfiguracji w czasie rzeczywistym. „Pomysł ten stanowi prawdziwy przełom, który znosi ograniczenia dotyczące sposobu kontrolowania światła i otwiera wcześniej niedostępne możliwości”, wyjaśnia Antonio Ambrosio(odnośnik otworzy się w nowym oknie), starszy naukowiec i główny badacz Włoskiego Instytut Technologii(odnośnik otworzy się w nowym oknie), gospodarza projektu.
Projektowanie nowatorskich metapowierzchni
Aby nowy pomysł stał się rzeczywistością, w ramach projektu badacze zaprojektowali i opracowali metapowierzchnie z fotoreaktywnych materiałów, w tym azopolimerów, których kształt i struktura mogą być aktywnie zmieniane za pomocą światła. „Dzięki strukturalnemu oświetleniu byliśmy w stanie tworzyć złożone rozwiązania optyczne na tych powierzchniach, następnie wymazywać je i przeprogramować bez fizycznego kontaktu”, wyjaśnia Ambrosio. Naukowcy po raz pierwszy potwierdzili także możliwość eksfoliacji tlenochlorku molibdenu (MoOCl₂) w celu uzyskania materiału 2D. Zbadali także jego wyjątkową anizotropię optyczną, udowadniając jego potencjał w zakresie ekstremalnego ograniczania światła i nowatorskich czujników.
Nowa klasa wiązek optycznych
W ramach wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERBN) projektu badacze przyglądali się temu, w jaki sposób innowacyjne metapowierzchnie mogą dynamicznie modulować nie tylko przestrzenną strukturę światła, ale także jego właściwości w czasie. Ten kierunek badań doprowadził do opracowania nowych klas wiązek optycznych. „Ta klasa tak zwanych wiązek samozwrotnych nigdy wcześniej nie została wykazana w praktyce. Jej zastosowanie zapewnia nowy stopień swobody czasowej struktury światła, który może mieć istotne implikacje dla ultraszybkiej optyki, komunikacji i manipulacji kwantowej”, dodaje Ambrosio. Jak twierdzi Ambrosio, połączenie innowacji materiałowych opracowanych w ramach projektu METAmorphoses, struktur nanofotonicznych i ultraszybkiej optyki pozwoliło zespołowi przekroczyć początkowe oczekiwania. „Koncepcja samozwrotnych wiązek światła nie była elementem pierwotnej propozycji”, mówi. „Zagadnienie to wynika z fundamentalnych pytań dotyczących dynamicznej strukturalizacji światła, a ostatecznie stało się jednym z decydujących osiągnięć projektu”.
Nowe granice fotoniki
Zespół projektu METAmorphoses przesunął granice możliwości w fotonice. Z punktu widzenia nauki zespół opracował nowe wnioski i narzędzia, które umożliwią innym projektowanie lżejszych, bardziej kompaktowych i bardziej funkcjonalnych rozwiązań. Inteligentne metapowierzchnie projektu mogą zostać wykorzystane w celu rozwoju obrazowania medycznego, poprawy łączności optycznej, inteligentnych czujników i zrewolucjonizowania technologii rzeczywistości rozszerzonej. Zmniejszając rozmiar, wagę i zużycie energii układów optycznych, innowacje te wpisują się w realizację unijnych celów w zakresie zrównoważonego rozwoju i technologii. „Rozszerzając zestaw narzędzi dostępnych w fotonice i dowodząc, że metapowierzchnie mogą stać się adaptacyjnymi, dynamicznymi i wielofunkcyjnymi interfejsami dla światła, rozwiązania opracowane w ramach projektu METAmorphoses zmienią sposób projektowania kompaktowych, wydajnych i responsywnych układów optycznych”, podsumowuje Ambrosio. Dzięki dwóm grantom ERBN na potwierdzenie słuszności koncepcji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zespół projektu pracuje obecnie nad wykorzystaniem swoich pomysłów i urządzeń w rzeczywistych rozwiązaniach w zakresie obrazowania, czujników i łączności w układach scalonych. Prace te przyczyniły się do opracowania funkcjonalnego prototypu, który stanowi przedmiot wniosku patentowego.
