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All-Dielectric Reconfigurable Metasurface with Electrical in-situ Switching Using Phase Change Materials

Description du projet

Vers un contrôle reconfigurable de métasurfaces optiques entièrement diélectriques

Les métasurfaces optiques entièrement diélectriques sont plus efficaces que les métasurfaces plasmoniques conventionnelles. Toutefois, la réponse optique des métasurfaces diélectriques traditionnelles est fixée dès la conception. Si un contrôle reconfigurable ou actif était faisable, cela ouvrirait les portes à un éventail bien plus large d’applications. La combinaison de réseaux de nanostructures diélectriques à indice élevé avec des chalcogénures (des matériaux à changement de phase) constitue une approche prometteuse pour obtenir des métasurfaces reconfigurables entièrement diélectriques. Toutefois, il existe très peu de conceptions de métasurfaces diélectriques qui incorporent des matériaux à changement de phase, et celles qui sont relevées sont commutées ex situ. Le projet DReM-PCM, financé par l’UE, entend concevoir et fabriquer expérimentalement deux métasurfaces à changement de phase, entièrement diélectriques et reconfigurables avec une commutation in situ effectuée électriquement par un microradiateur intégré et une structure à barre transversale, respectivement. Il calibrera également la réponse optique des métasurfaces pour des possibles applications optiques, comme l’orientation de faisceau de type lidar.

Objectif

All-dielectric optical metasurfaces have recently attained much attention due to their ability to provide higher efficiencies than the more conventional plasmonic metasurfaces, and for their ability to readily work in both reflection and transmission. However, the functionality of traditional dielectric-based metasurfaces is fixed-by-design, i.e. the optical response is fixed by the size, arrangement and index of the nanoresonators. A far wider range of applications in many important technological/industrial fields, ranging from communications, to sensing, robotics, displays and much more, could be addressed if active/reconfigurable control were possible. One promising all-dielectric reconfigurable metasurface approach arises from the combination of high-index dielectric nanostructure arrays with chalcogenide phase-change materials (e.g. GeSbTe alloys). The latter can be electrically, optically or thermally switched between their crystalline and amorphous states, or to intermediate states between the two, with ultra-low energy consumption in a non-volatile manner and exhibit remarkably different optical properties between phases. It is therefore possible to achieve an all-dielectric reconfigurable metasurface by continuously tuning the phase states of the chalcogenide alloy. However, very few dielectric metasurface designs incorporating phase-change materials have been explored to date, and those that have been reported are switched through ex-situ means, while some form of in-situ switching is definitely required to meet real device applications.

To achieve this objective, we will (1) theoretically design and experimentally fabricate two reconfigurable all-dielectric phase-change metasurfaces whose in-situ switching is electrically realised by an integrated microheater and by a crossbar structure respectively, and (2) continuously tune the optical response of the designed metasurfaces for potential optical applications such as Lidar type beam steering).

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) H2020-MSCA-IF-2019

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Coordinateur

THE UNIVERSITY OF EXETER
Contribution nette de l'UE
€ 224 933,76
Adresse
THE QUEEN'S DRIVE NORTHCOTE HOUSE
EX4 4QJ Exeter
Royaume-Uni
Région
South West (England) Devon Devon CC
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 224 933,76