Een team van ingenieurs bij Caltech heeft ontdekt hoe technologie voor het maken van computerchips kan worden gebruikt om het soort reflecterende materialen te maken die veiligheidsvesten maken, hardloopschoenen, en verkeersborden lijken glanzend in het donker.

Die materialen danken hun glans aan retroreflectie, een eigenschap die hen in staat stelt om vanuit een groot aantal verschillende hoeken licht rechtstreeks terug te kaatsen naar de bron. In tegenstelling tot, een eenvoudige platte spiegel zal het licht niet terugkaatsen naar zijn bron als dat licht uit een andere hoek komt dan recht erop.

Het vermogen van retroreflectors om licht terug te brengen naar waar het vandaan kwam, maakt ze nuttig voor het markeren van objecten die in donkere omstandigheden moeten worden gezien. Bijvoorbeeld, als het licht van de koplampen van een auto schijnt op het veiligheidsvest van een bouwvakker verderop, de retroreflecterende strips van het vest zullen dat licht rechtstreeks terugkaatsen naar de auto en in de ogen van de bestuurder, waardoor het vest lijkt te gloeien.

Retroreflectoren zijn ook gebruikt in de apparatuur van landmeters, communicatie met satellieten, en zelfs in experimenten om de afstand van de maan tot de aarde te meten.

Typisch, retroreflectoren bestaan ​​uit kleine glazen bolletjes die zijn ingebed in het oppervlak van reflecterende verf of in kleine spiegels in de vorm van de binnenhoek van een kubus.

De nieuwe technologie, die is ontwikkeld door een team onder leiding van Andrei Faraon van Caltech, assistent-professor toegepaste natuurkunde en materiaalkunde bij de afdeling Engineering and Applied Science - gebruikt oppervlakken die zijn bedekt met een metamateriaal dat bestaat uit miljoenen siliciumpilaren, elk slechts een paar honderd nanometer hoog. Door de grootte van de pilaren en de afstand ertussen aan te passen, Faraon kan manipuleren hoe het oppervlak reflecteert, breekt, of licht doorlaat. Hij heeft al laten zien dat deze materialen kunnen worden aangepast om platte lenzen te maken om licht te focussen of om prisma-achtige oppervlakken te creëren die het licht in het spectrum verspreiden. Nutsvoorzieningen, hij heeft ontdekt dat hij een retroreflector kan bouwen door twee lagen van de metamaterialen op elkaar te stapelen.

In dit soort retroreflector, licht gaat eerst door een transparante metamateriaallaag (meta-oppervlak) en wordt door zijn kleine pilaren gefocust op een enkele plek op een reflecterende metamateriaallaag. De reflecterende laag kaatst het licht vervolgens terug naar de transparante laag, die het licht terugstuurt naar de bron.

"Door meerdere meta-oppervlakken op elkaar te plaatsen, het is mogelijk om de lichtstroom te regelen op een manier die voorheen niet mogelijk was, ", zegt Faraon. "De functionaliteit van een retroreflector kan niet worden bereikt door een enkel meta-oppervlak te gebruiken."

Aangezien de metamaterialen van Faraon worden gemaakt met behulp van computerchipproductietechnologieën, het zou mogelijk zijn om ze gemakkelijk te integreren in chips die worden gebruikt in opto-elektronische apparaten - elektronica die licht gebruikt en regelt, hij zegt.

"Dit kan toepassingen hebben bij de communicatie met sensoren op afstand, drones, satellieten, enzovoort., " hij voegt toe.

Faraons onderzoek verschijnt in een paper van 19 juni, 2017, editie van Natuurfotonica ; het papier is getiteld "Planar metasurface retroreflector." Andere coauteurs zijn Amir Arbabi, assistent-professor computer- en elektrotechniek aan de Universiteit van Massachusetts Amherst; en Caltech afgestudeerde elektrotechniekstudenten Ehsan Arbabi, Yu Horie, en Seyedeh Mahsa Kamali.