Volledige controle over enkele van de belangrijkste eigenschappen van lichtgolven – namelijk hun polarisatie en fase – op nanoschaal is van groot belang voor op licht gebaseerde technologieën zoals beeldschermen, en bij het oogsten van energie en datatransmissie. Het zou toestaan, bijvoorbeeld, de miniaturisering van traditionele optische componenten, zoals lenzen, polarisatoren of bundelsplitsers, tot nanoschaalgroottes. Tegelijkertijd, het zou hun prestaties en resolutie drastisch kunnen verhogen.

Een nieuwe benadering om de verspreiding van licht op nanoschaal te beheersen, omvat het gebruik van zogenaamde meta-oppervlakken. Een meta-oppervlak is een tweedimensionale opstelling van nanodeeltjes die nanoantennes worden genoemd. Hun geometrieën en materiaaleigenschappen zijn slim ontworpen om op een bepaalde manier met licht om te gaan. Door dergelijke meta-oppervlakken te ontwerpen, het is mogelijk om het algemene pad van het licht te wijzigen en, bijvoorbeeld, laat het buigen of focussen op een bepaald punt in de ruimte, vergelijkbaar met wat conventionele prisma's of lenzen doen. In het geval van meta-oppervlakken, dit gebeurt op afstanden die 1 zijn 000 keer kleiner dan de diameter van een mensenhaar.

Onderzoekers van het Agentschap voor Wetenschap, Technology and Research (A*STAR) in Singapore heeft aangetoond dat het gebruik van silicium nanodeeltjes als nanoantennes, in plaats van metalen die in eerder onderzoek zijn gebruikt, maakt volledige controle over een inkomende lichtstraal mogelijk terwijl deze in wezen transparant blijft, waardoor transmissiesnelheden van meer dan 85% mogelijk zijn. Door de ruimtelijke verdeling van de siliciumnanodeeltjes te regelen, ze waren in staat om een ​​lichtstraal te buigen met een recordrendement van ongeveer 50%:een niveau dat nog verder kon worden verhoogd door het systeem te optimaliseren.

Toen metalen werden gebruikt om nanoantennes te ontwerpen, ze veroorzaakten sterke lichtreflecties, waardoor ze ongeschikt waren voor apparaten die gegevens verzenden. Verwarming geïnduceerd in de metalen resulteerde ook in extra verliezen in het apparaat, een serieus nadeel voor toepassingen in de echte wereld die een hoge efficiëntie vereisen. Silicium, als halfgeleidend materiaal, overwint deze problemen, vonden de A*STAR-onderzoekers.

Hoewel het toekomstige onderzoek van het team zich zal richten op het maken van schakelbare of herconfigureerbare apparaten, samen met nieuwe materialen in verschillende spectrale regio's, de technologische uitdaging zal zijn om volledig levensvatbare ultraplatte optische apparaten voor commercieel gebruik te ontwikkelen.