A capacidade de manipular a luz em uma escala de comprimento de onda pode levar a uma revolução nos dispositivos fotônicos, como antenas, painéis solares, e até mesmo dispositivos de camuflagem. Os avanços da nanotecnologia tornaram isso possível através do desenvolvimento de metassuperfícies, materiais cobertos por características menores que o comprimento de onda da luz.

Agora, uma equipe liderada por pesquisadores do A * STAR produziu uma metassuperfície altamente promissora que pode ser controlada com precisão usando um circuito elétrico convencional para que reflita e transmita diferentes quantidades de radiação. Pode até atingir a condição de 'anti-reflexo perfeito' onde não reflete nenhuma radiação. Especificamente, a superfície funciona com radiação terahertz de banda larga, que é encontrado na extremidade do espectro infravermelho e tem muitos usos potenciais, particularmente nas áreas de segurança ou médicas.

"A radiação Terahertz pode penetrar em uma ampla variedade de materiais não condutores, mas é bloqueado por água líquida ou metais, "explica Lu Ding, que liderou o trabalho com Jinghua Teng no Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais (IMRE). "Isso significa que feixes terahertz podem ser usados ​​para caracterização de materiais, inspeção de camada, e a produção de imagens de alta resolução do interior de objetos sólidos. É radiação não ionizante, e mais seguro do que os raios-X. "

Metassuperfícies anteriores foram projetadas para manipular a reflexão da radiação terahertz. Contudo, sua aplicação foi limitada, como explica Ding:"As superfícies convencionais anti-reflexo de terahertz são passivas e muitas vezes empregam um revestimento de metal ultrafino que, uma vez fabricado, torna-se fixo e você não pode ajustar ativamente seu desempenho. "

"Uma metassuperfície eletricamente ajustável produziria dispositivos mais versáteis e proporcionaria mais flexibilidade no projeto do sistema, "acrescenta Teng." É a inovação que a comunidade está procurando. "

Ding e Teng, junto com colegas de trabalho do A * STAR Institute of Microelectronics (IME), Universidade Tecnológica de Nanyang, Universidade Nacional de Cingapura e Universidade Jilin na China, fabricou sua nova metassuperfície em uma pastilha de silício, usando um processo totalmente compatível com as tecnologias de semicondutor de óxido de metal complementar (CMOS) que sustentam a maioria dos eletrônicos.

A metassuperfície exposta contém faixas de silício semicondutor, dopado com outros elementos. Essas listras são alternadamente do tipo n, em que os portadores de carga em movimento são elétrons, e tipo p, em que os portadores são 'buracos' carregados positivamente na estrutura do elétron. Quando a tensão fornecida às junções p-n é alterada, a reflexão e a transmissão da radiação também mudam.

A equipe percebeu que o coeficiente de reflexão aumentou em resposta a um aumento de temperatura causado pela tensão aplicada. Enquanto isso, a transmissão mostrou uma resposta mais complexa dependendo da polaridade da tensão, que afetou o tipo de portadora de carga que se tornou dominante. Usando espectroscopia de domínio de tempo terahertz, a equipe mostrou que certas condições de tensão causaram o desaparecimento do pulso de eco da metassuperfície, representando anti-reflexo completo.

Além de fornecer esse controle sem precedentes sobre reflexão e transmissão, a metassuperfície tem a vantagem de ser quase totalmente plana em um nível atômico. Isso o torna ideal para construir camadas suaves em dispositivos mais complexos.

"Outra grande vantagem é que nossa pesquisa analise como os materiais 2-D interagem com metamateriais 2-D ou metassuperfícies, um tópico em nosso projeto no 2-D Semiconductors Pharos Program da A * STAR, "diz Teng." A superfície atomicamente lisa torna a transferência e formação de heteroestruturas 2-D-Si muito mais fácil do que as superfícies padronizadas de pilares nanométricos ou discos vistos em metassuperfícies convencionais. "

"Poderíamos explorar ainda mais esse tipo de metassuperfície, enviando de forma independente as junções p-n ou projetando funções modulares, o que significa que teríamos metamateriais pré-programáveis, "diz Ding. Teng acrescenta que a mesma plataforma poderia ser usada para estudar materiais 2-D promissores, como dissulfeto de molibdênio, que exibe propriedades eletrônicas e ópticas impressionantes para uso em novos circuitos flexíveis.