Metamateriały, które są sztucznymi materiałami zaprojektowanymi z podwavelengthowymi strukturami, stały się platformą do osiągania punktów wyjątkowych (EPs) w zakresie światła widzialnego. Jednak osiągnięcie punktów wyjątkowych o wysokiej wydajności w tym zakresie światła nadal stanowi wyzwanie ze względu na brak regulowanej straty na płaszczyźnie oraz odpowiednich procesów produkcyjnych.

Zespół naukowców pod kierunkiem profesora Cheng-Wei Qiua z Narodowego Uniwersytetu Singapuru i Xinbina Chenga z Uniwersytetu Tongji niedawno przedstawił uniwersalne podejście do osiągania punktów wyjątkowych o wysokiej wydajności w zakresie światła widzialnego, wykorzystując stratę między warstwami do kontroli oddziaływania między strukturami z utratą i rozproszonymi falami świetlnymi.

Badacze zaprezentowali dwuwarstwowy układ zdolny do odbijania światła docierającego od lewej strony i absorbowania światła docierającego od prawej strony z wysoką wydajnością. Poprzez staranne dobranie absorpcji podwavelengthowej kratki na dolnej warstwie, osiągnięto perfekcyjne odbijacz i absorber zależny od wektora fali, co oznacza osiągnięcie punktu wyjątkowego.

Aby potwierdzić swoje odkrycia, wytworzono próbkę składającą się z metasiatki TiO2 na górnej warstwie i podwavelengthowej kratki Si na dolnej warstwie. Przeprowadzone eksperymenty z kątami padania 30° i -30° potwierdziły zdolność próbki do odbijania i absorbowania światła docierającego z zauważalną wydajnością.

To badanie otwiera nowe możliwości projektowania i implementacji punktów wyjątkowych o wysokiej wydajności w zakresie widzialnym przy użyciu optycznych metamateriałów niehermitowych. Odkrycia te mają istotne implikacje w różnych dziedzinach, w tym w fotonice i optyce zintegrowanej, gdzie urządzenia oparte na punktach wyjątkowych mogą poprawić wydajność i funkcjonalność.

[1] Tao He, Zhanyi Zhang, Jingyuan Zhu, Yuzhi Shi, Zhipeng Li, Heng Wei, Zeyong Wei, Yong Li, Zhanshan Wang, Cheng-Wei Qiu, Xinbin Cheng. „Universal high-efficiency exceptional points based on optical non-Hermitian metasurfaces.” Light: Science & Applications. (2021).