De optische eigenschappen van een materiaal worden voornamelijk bepaald door de samenstellende atomen en elektronen en de manier waarop deze reageren op elektromagnetische golven. Van natuurlijke materialen, de diversiteit aan mogelijke optische kenmerken is beperkt, en dus bieden metamaterialen - kunstmatige structuren die zijn ontworpen om de voortplanting van licht te beheersen - hoop op een overvloed aan nieuwe optische toepassingen.

Arseniy Kuznetsov en Boris Luk'yanchuk bij het A*STAR Data Storage Institute, Singapore, en hun collega's, hebben nu een nieuw type driedimensionaal metamateriaal gecreëerd dat zowel de elektrische als magnetische delen van zichtbaar licht kan beïnvloeden. Hun aanpak biedt een eenvoudige manier om ongebruikelijke apparaten te bouwen, zoals optische mantels, die 'onzichtbaarheid' mogelijk maken, en hyperlenzen die superresolutie bieden.

Metamaterialen zijn arrays van metalen structuren onder de golflengte die metaatomen worden genoemd. die zijn ontworpen om atomen en hun interactie met licht na te bootsen. "Metamaterialen bieden een nieuwe route om licht op nanoschaal te beheersen, " legt Luk'yanchuk uit. "Ze maken de weg vrij voor nieuwe optische elementen met unieke functionaliteiten die niet kunnen worden bereikt met natuurlijke materialen."

Een gebruikelijke benadering van onderzoekers van optische metamaterialen is om meta-atomen te construeren uit ringen van metaal die elk een kleine breuk bevatten. Deze zogenaamde split-ring resonatoren moeten een paar honderd nanometer of minder groot zijn om met zichtbaar licht te werken, en eventuele fysieke onvolkomenheden beperken hun prestaties ernstig.

Het ontwerpen van een gesplitste ringresonator met zowel de elektrische als magnetische eigenschappen die nodig zijn om te interageren met deze twee verschillende componenten van elektromagnetische golven is ook een uitdaging gebleken. "Magnetische resonantie bij zichtbare frequenties kon niet worden bereikt met standaard, platte splitringresonatorontwerpen, ' zegt Luk'yanchuk.

Nutsvoorzieningen, Het team van Kuznetsov en Luk'yanchuk hebben aangetoond dat een driedimensionale versie van deze structuur - de split-ball-resonator - zou kunnen leiden tot bijna onberispelijke metamaterialen met een sterke elektrische en magnetische respons.

Met behulp van standaard nanofabricagetechnieken, de onderzoekers creëerden eerst een reeks gouden of zilveren schijven op een substraat. Vervolgens vuurden ze een krachtige laser af op elke schijf, zodat deze smolt om een ​​vloeibare druppel te vormen. die stolde tot een perfecte bol, waardoor gebreken worden geëlimineerd. Eindelijk, het team gebruikte een bundel heliumionen om een ​​greppel in elke nanosfeer te etsen (zie afbeelding).

De onderzoekers bevestigden dat hun split-ball resonatoren een magnetische resonantie vertoonden binnen het zichtbare spectrum, het demonstreren van een versterkt vermogen om de optische reacties van metamaterialen te 'afstemmen'.

In de toekomst, de onderzoekers zouden dezelfde methode kunnen gebruiken om meer gecompliceerde driedimensionale kenmerken op de metaatomen te modelleren, wat nog complexere manieren mogelijk zou maken om licht te manipuleren.