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Apr 24, 2023

Banda larga e alta

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7454 (2023) Citar este artigo

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As metasuperfícies de nano-kirigami têm atraído cada vez mais atenção devido à sua facilidade de nanofabricação tridimensional (3D), transformações de formas versáteis, recursos de manipulação atraentes e ricas aplicações potenciais em dispositivos nanofotônicos. Adicionando um grau de liberdade fora do plano aos ressonadores de anel duplo dividido (DSRR) usando o método nano-kirigami, neste trabalho demonstramos a conversão de polarização linear de banda larga e de alta eficiência na banda de comprimento de onda do infravermelho próximo. Especificamente, quando os precursores DSRR bidimensionais são transformados em contrapartes 3D, uma taxa de conversão de polarização (PCR) de mais de 90% é realizada em uma ampla faixa espectral de 1160 a 2030 nm. Além disso, demonstramos que o alto desempenho e PCR de banda larga podem ser facilmente adaptados deliberadamente deformando o deslocamento vertical ou ajustando os parâmetros estruturais. Por fim, como demonstração de prova de conceito, a proposta é verificada com sucesso adotando o método de fabricação de nano-kirigami. O DSRR polimórfico baseado em nano-kirigami estudado imita uma sequência de componentes ópticos discretos em massa com multifunções, eliminando assim a necessidade de seu alinhamento mútuo e abrindo novas possibilidades.

As metasuperfícies de nano-kirigami1, que são compostas de nanoestruturas artificiais polimórficas de comprimento de onda baseadas em métodos versáteis de transformação de formas, não apenas trazem um novo grau de liberdade à nanomanufatura tridimensional (3D) tradicional, mas também exibem potenciais extraordinários no campo de hologramas reconfiguráveis2, 3, vórtices ópticos dependentes de fractal4, metamateriais Fano-ressonantes5,6,7, reversão do dicroísmo circular8,9 e assim por diante. Particularmente, o nano-kirigami1,10,11 pode permitir mudanças de forma sofisticadas dos precursores bidimensionais (2D) para nanoestruturas deformadas em 3D com deslocamento vertical, dobra espacial, o que fornece uma nova abordagem para manipular a amplitude, fase e polarização de ondas eletromagnéticas ondas na região de microescala/nanoescala. Nesse sentido, a deformação de estruturas de nano-kirigami tem sido induzida por estímulos externos, como pressão pneumática12, compressão mecânica7,13, polarização eletrônica14,15, atuação magnética16 e expansão térmica17. Entre eles, o estresse de tração induzido por irradiação de feixe de íons focalizado global (FIB) é aprovado como uma estratégia fácil para induzir mudanças estruturais permanentes.

Enquanto isso, devido à geometria fora do plano adicional, as versáteis geometrias nano-kirigami podem melhorar o desempenho das metasuperfícies. Por exemplo, a conversão de polarização exibe uma capacidade esplêndida de manipular os estados de polarização em muitos sistemas de pesquisa científica. As principais categorias de conversores de polarização convencionais incluem cristais ópticos ativos, cristais líquidos e o efeito de Faraday18,19,20,21,22,23,24,25. No entanto, esses dispositivos sofrem mais ou menos com volumes volumosos, baixa eficiência, largura de banda estreita, fabricação complexa, etc. As metasuperfícies fornecem uma plataforma ideal para superar essas deficiências. A polarização da luz pode ser controlada arbitrariamente pela engenharia de metaátomos de comprimento de onda sub-espessura das metasuperfícies. Aproveitar as metasuperfícies, banda larga e conversor de polarização de alta eficiência é promissor para ser realizado com espessura ultrafina.

Aqui, relatamos a geração da conversão de polarização de banda larga e de alta eficiência no comprimento de onda do infravermelho próximo, empregando uma metasuperfície nano-kirigami. Ao gravar os nanofilmes suspensos locais, metasuperfícies com os ressonadores de anel duplo polimórfico (DSRRs) e características físicas ricas são realizadas. Ambas as simulações e experimentos indicam que as metasuperfícies 2D DSRR têm duas bandas estreitas de plasmons gap localizados, que são mescladas para formar uma conversão de polarização de banda larga e de alta eficiência nas estruturas DSRR deformadas para cima 3D. O valor da taxa de conversão de polarização (PCR) atinge mais de 90% na faixa de comprimento de onda de 1160 a 2030 nm. A banda larga demonstrada e a conversão de polarização de alta eficiência em tais metasuperfícies baseadas em nano-kirigami podem ser úteis para as aplicações em dispositivos optoeletrônicos ultracompactos e integrados.