Em 1961, o físico Ugo Fano deu a primeira explicação teórica para uma assimetria anômala observada nos perfis espectrais de gases nobres. Ele apresentou uma interpretação impactante deste fenômeno, agora chamado de 'ressonância Fano, 'afirmando que se um estado excitado discreto de um sistema cai dentro da faixa de energia de um continuum de outros estados possíveis, esses dois podem interferir um com o outro e dar origem a picos e quedas anormais na resposta de frequência do sistema.

Embora a ressonância de Fano possa ocorrer em vários sistemas físicos, o progresso recente em metassuperfícies e nanotecnologia chamou a atenção para este fenômeno como uma ferramenta potencialmente poderosa em óptica. O entendimento convencional das ressonâncias ópticas de Fano é que elas são seletivas no domínio da frequência do momento; em outras palavras, eles só podem ser excitados por ondas de luz planas com frequências e ângulos de incidência específicos, limitando assim sua aplicabilidade. Mas essa imagem poderia realmente estar incompleta?

Em um estudo recente publicado em Fotônica Avançada , cientistas Adam Overvig e Andrea Alù do Centro de Pesquisa Avançada, Universidade da Cidade de Nova York, EUA, investigou metassuperfícies Fano-ressonantes e descobriu novas propriedades que poderiam desbloquear seu verdadeiro potencial. Overvig e Alù foram além das metassuperfícies periódicas convencionalmente usadas para eliciar ressonâncias Fano, provando que a periodicidade estrita não é realmente necessária para permitir esse fenômeno, e, como resultado, as metassuperfícies existentes são responsáveis ​​apenas por um subconjunto específico das ressonâncias Fano que podem surgir em sistemas ópticos.

Um exemplo geral é útil para obter a essência geral do estudo. Um convencional, a metassuperfície fano-ressonante periódica oferece forte polarização, e seletividade espectral e angular. Isso significa que o sistema mal reflete a luz de qualquer frequência, ângulo de incidência, e polarização, a menos que correspondam especificamente àquelas de sua ressonância Fano (nesse caso, ocorre uma reflexão perfeita). Como afirmado antes, outro aspecto importante de tais metassuperfícies periódicas é que elas só podem sofrer ressonâncias Fano se as ondas de luz incidentes tiverem uma frente de onda plana. Em forte contraste com essas limitações, os pesquisadores provaram que é possível criar uma metassuperfície não periódica que atinge uma reflexão perfeita, curiosamente acompanhada pela conjugação de fase dos campos de entrada, para ondas de luz com uma forma e formato de frente de onda arbitrariamente adaptados.

Overvig e Alù demonstraram matematicamente que essas metassuperfícies podem ser construídas pela introdução estratégica de perturbações não periódicas em placas de cristal fotônico altamente periódicas. Seu trabalho lança luz sobre aspectos ainda inexplorados da ressonância óptica de Fano, estendendo o conceito além da compreensão convencional.

A estratégia proposta tem várias aplicações relevantes, como resumido por Alù:"Nossa descoberta generaliza o conceito de uma ressonância Fano, mostrando que não está necessariamente associado a uma frente de onda plana. Na prática, isso permite uma nova classe de dispositivos ópticos que são transparentes e fracamente interagindo com a luz de entrada para a maioria das excitações, mas são de alguma forma acionados por uma forma de frente de onda específica, frequência, e polarização, que pode ser selecionado por design. Somente sob esta condição de excitação específica, o dispositivo torna-se altamente reflexivo e envia de volta uma versão invertida no tempo da entrada específica. "

Ele fala sobre a funcionalidade de tais dispositivos:"Um exemplo pode ser uma superfície transparente que pode ser iluminada de qualquer ângulo e qualquer frequência e polarização, e é sempre transparente. Contudo, se você iluminá-lo com uma fonte pontual localizada colocada apenas em um local específico, com a frequência e polarização precisas, toda a energia de entrada é refletida e focada de volta no local da fonte. "

O conceito introduzido de ressonâncias generalizadas de Fano pode abrir caminho para metamateriais sofisticados que manipulam a luz de novas maneiras, com aplicações interessantes em um número díspar de cenários não limitados à óptica, mas também extensível à acústica e outros fenômenos de ondas.