Em uma nova publicação de Avanços optoeletrônicos , Pesquisadores liderados pelo Professor Jinghua Teng do Instituto de Pesquisa e Engenharia de Materiais, Agência para a Ciência, Tecnologia e Pesquisa (A * STAR), Cingapura considera a modulação de luz com taxa de extinção ultra-alta por metassuperfícies eletricamente ajustáveis.

Metasurfaces são o equivalente bidimensional de metamateriais, compondo estruturas discretas de sub comprimento de onda, possuindo a capacidade de controle total das propriedades da luz, como amplitude, Estágio, dispersão, impulso, e polarização. Metasurfaces são usados ​​em várias aplicações cobrindo espectros eletromagnéticos que vão desde microondas, terahertz, infravermelho, visível, para ultravioleta. O controle ativo da propagação da luz em espectros visível e infravermelho próximo tem um significado prático e fundamental em veículos autônomos, robôs, monitores, realidade aumentada e virtual, eletrônicos de consumo, telecomunicações, e dispositivos de detecção. Para ajustar uma metassuperfície, pode-se mudar a propriedade das células unitárias ou seu ambiente. Isso poderia ser feito através do emprego de materiais ativos na metassuperfície, que podem ter suas propriedades alteradas por um estímulo externo.

Neste artigo, os autores propõem uma nova metassuperfície eletricamente ajustável para a modulação de luz polarizada e não polarizada. Aqui, a natureza com perdas do óxido de índio e estanho (ITO) no comprimento de onda épsilon próximo a zero (ENZ) é usada para projetar um absorvedor de metassuperfície eletricamente ajustável. A célula unitária de metassuperfície é construída de um ressonador circular que compreende dois discos ITO e um filme de titanato de estrôncio e perovskita de alta constante dielétrica. O comprimento de onda ENZ nas camadas de acumulação e depleção dos discos ITO é controlado pela aplicação de uma única tensão de polarização. O acoplamento da ressonância dipolo magnética com o comprimento de onda ENZ dentro da camada de acumulação do filme ITO causa a absorção total da luz refletida. A amplitude de reflexão pode atingir ~ 84 dB ou ~ 99,99% de profundidade de modulação no comprimento de onda de operação de 820 nm a uma tensão de polarização de -2,5 V. Além disso, a metassuperfície é insensível à polarização da luz incidente devido ao design circular dos ressonadores e ao design simétrico das conexões de polarização.

A modulação de luz de alta velocidade e alta taxa de extinção com baixo consumo de energia no espectro do infravermelho próximo tem aplicações potenciais em muitos sistemas e dispositivos ópticos, incluindo, mas não se limitando a processamento de sinal óptico, espectroscopia, trocando, e detecção e alcance de luz (LiDAR). Cortador óptico e obturador, modulador de niobato de lítio, atenuador de cristal líquido, e o modulador fotoelástico estão entre os dispositivos disponíveis comercialmente para modular a intensidade da luz. Cortador óptico e obturador empregam mecanismos mecânicos, que são lentos em velocidade e grandes em tamanho, enquanto consomem alta energia. O modulador de niobato de lítio é controlado por sinal elétrico e tem a maior velocidade de modulação de até 40 GHz, Contudo, requer alta tensão. Os moduladores fotoelásticos usam diferentes tipos de cristais em massa para diferentes comprimentos de onda operacionais, requerem alta tensão elétrica e polarizadores extras que limitam suas aplicações. O obturador de feixe de cristal líquido sofre de uma velocidade de comutação muito baixa. A metassuperfície eletricamente ajustável proposta utiliza a natureza com perdas de óxido de índio e estanho (ITO) no comprimento de onda épsilon próximo a zero (ENZ) para modular a intensidade da luz refletida, que pode atingir até ~ 84 dB ou ~ 99,99% de profundidade de modulação em uma tensão muito baixa de ± 2,5 Volts. O modulador de metassuperfície é insensível à polarização da luz incidente e, portanto, adequado para um design compacto sem a necessidade de quaisquer polarizadores extras. Além disso, a metassuperfície eletricamente ajustável com design de filme dual ITO é capaz de operar em taxas de comutação gigahertz.