1961, natuurkundige Ugo Fano gaf de eerste theoretische verklaring voor een afwijkende asymmetrie die werd waargenomen in de spectrale profielen van edelgassen. Hij bracht een indrukwekkende interpretatie van dit fenomeen naar voren, nu 'Fano-resonantie' genoemd, ' waarin staat dat als een discrete aangeslagen toestand van een systeem binnen het energiebereik van een continuüm van andere mogelijke toestanden valt, deze twee kunnen met elkaar interfereren en aanleiding geven tot abnormale pieken en dalen in de frequentierespons van het systeem.

Hoewel Fano-resonantie in verschillende fysieke systemen kan voorkomen, recente vooruitgang in meta-oppervlakken en nanotechnologie heeft de aandacht gevestigd op dit fenomeen als een potentieel krachtig hulpmiddel in de optica. Het conventionele begrip van optische Fano-resonanties is dat ze selectief zijn in het momentum-frequentiedomein; met andere woorden, ze kunnen alleen worden geëxciteerd door vlakke lichtgolven met specifieke frequenties en invalshoeken, waardoor hun toepasbaarheid wordt beperkt. Maar zou dit beeld eigenlijk onvolledig kunnen zijn?

In een recente studie gepubliceerd in Geavanceerde fotonica , wetenschappers Adam Overvig en Andrea Alù van het Advanced Research Center, Stadsuniversiteit van New York, VS, onderzocht Fano-resonante meta-oppervlakken en ontdekte nieuwe eigenschappen die hun ware potentieel konden ontsluiten. Overvig en Alù gingen verder dan de periodieke meta-oppervlakken die gewoonlijk worden gebruikt voor het opwekken van Fano-resonanties, waaruit blijkt dat strikte periodiciteit niet echt vereist is om dit fenomeen mogelijk te maken, en als gevolg daarvan verklaren bestaande meta-oppervlakken slechts een specifieke subset van de Fano-resonanties die in optische systemen kunnen ontstaan.

Een algemeen voorbeeld is handig om de algemene essentie van het onderzoek te krijgen. Een conventionele, periodiek Fano-resonant meta-oppervlak biedt sterke polarisatie, en zowel spectrale als hoekige selectiviteit. Dit betekent dat het systeem nauwelijks licht van een bepaalde frequentie weerkaatst, invalshoek, en polarisatie tenzij ze specifiek overeenkomen met die van zijn Fano-resonantie (in welk geval perfecte reflectie optreedt). Zoals eerder gezegd, een ander belangrijk aspect van dergelijke periodieke meta-oppervlakken is dat ze alleen Fano-resonanties kunnen ondergaan als de invallende lichtgolven een vlak golffront hebben. In schril contrast met deze beperkingen, de onderzoekers bewezen dat het mogelijk is om een ​​niet-periodiek meta-oppervlak te maken dat perfecte reflectie bereikt, merkwaardig vergezeld van faseconjugatie van de binnenkomende velden, voor lichtgolven met een willekeurig op maat gemaakte golffrontvorm en -vorm.

Overvig en Alù hebben wiskundig aangetoond dat deze meta-oppervlakken kunnen worden gebouwd door strategisch niet-periodieke verstoringen te introduceren in anders zeer periodieke fotonische kristalplaten. Hun werk werpt licht op nog onontgonnen aspecten van optische Fano-resonantie, het concept uit te breiden tot voorbij het conventionele begrip.

De voorgestelde strategie heeft meerdere relevante toepassingen, zoals samengevat door Alù:"Onze bevinding generaliseert het concept van een Fano-resonantie, waaruit blijkt dat het niet noodzakelijkerwijs geassocieerd is met een vlak golffront. In praktijk, dit maakt een nieuwe klasse optische apparaten mogelijk die transparant zijn en zwak interageren met het binnenkomende licht voor de meeste excitaties, maar op de een of andere manier worden geactiveerd door een specifieke golffrontvorm, frequentie, en polarisatie, die kan worden geselecteerd door ontwerp. Alleen onder deze specifieke excitatieconditie, het apparaat wordt sterk reflecterend en stuurt een in de tijd omgekeerde versie van de specifieke invoer terug."

Hij gaat dieper in op de functionaliteit van dergelijke apparaten:"Een voorbeeld kan een transparant oppervlak zijn dat vanuit elke hoek en elke frequentie en polarisatie kan worden verlicht, en het is altijd transparant. Echter, als u het verlicht met een gelokaliseerde puntbron die alleen op een specifieke locatie is geplaatst, met de precieze frequentie en polarisatie, alle input-energie wordt gereflecteerd en terug gefocust op de locatie van de bron."

Het geïntroduceerde concept van gegeneraliseerde Fano-resonanties zou de weg kunnen effenen voor geavanceerde metamaterialen die licht op nieuwe manieren manipuleren, met opwindende toepassingen in een uiteenlopend aantal scenario's, niet beperkt tot optica, maar ook uitbreidbaar tot akoestiek en andere golfverschijnselen.