Novas oportunidades para metassuperfícies em optoeletrônica

Uma revisão world dos avanços na integração de metasuperfícies – finas matrizes planares de nanoestruturas – em dispositivos optoeletrônicos destaca seu potencial para transformar tecnologias como diodos emissores de luz (LEDs), lasers, moduladores ópticos e fotodetectores. Este progresso pode abrir caminho para avanços em todos os setores, incluindo realidade aumentada e digital (AR/VR), comunicação óptica, gestão térmica, energia photo voltaic e tecnologias quânticas.

A revisão, liderada por pesquisadores do Instituto A*STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais (A*STAR IMRE) e da Universidade de Stanford, e em colaboração com a Universidade Tecnológica de Nanyang, Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura, foi publicada em Ciência em 29 de novembro de 2024.

Metasuperfícies são camadas projetadas extremamente finas feitas de pequenos blocos de construção (nanoestruturas) que podem dobrar, refletir ou alterar a luz com precisão. Esses materiais avançados oferecem oportunidades para melhorar o desempenho do dispositivo. Por exemplo, metassuperfícieOs fotodetectores integrados podem capturar informações de luz mais complexas, como dados espectrais e de polarização, impulsionando o progresso em sistemas de imagem e computação óptica. Da mesma forma, em LEDs, as metassuperfícies melhoram os rendimentos quânticos e permitem direcionalidade precisa e controle de cores em LEDs.

Ao integrar esses materiais versáteis em dispositivos como LEDs, lasers e fotodetectores, os pesquisadores demonstraram um potencial significativo para avanços em desempenho, eficiência e compactação.

• AR/VR e shows: Metasurfaces tornam possível óptica ultracompacta e de alta resolução, suportando dispositivos vestíveis mais imersivos e leves.
• Energia Renovável: Melhor absorção de luz e eficiência de conversão de energia em células solares contribuir para uma maior sustentabilidade.
• Comunicação óptica e lasers: A qualidade aprimorada do feixe e o controle de polarização permitem uma transmissão de dados mais rápida e confiável.
• Detecção e geração de imagens: Fotodetectores habilitados para metasuperfície capturam dados complexos de campo de luz, avançando no diagnóstico de cuidados de saúde, no monitoramento ambiental e no transporte autônomo.

“As metasuperfícies oferecem uma abordagem revolucionária para a manipulação da luz, combinando precisão, versatilidade e compactação”, disse o Dr. Ha Son Tung, cientista sênior do A*STAR IMRE. “Isso poderia remodelar a forma como indústrias como energia renovável, saúde e manufatura avançada utilizam a luz.”

Os esforços futuros centrar-se-ão no aumento da multifuncionalidade das metassuperfícies, permitindo-lhes desempenhar funções ópticas, electrónicas e térmicas simultaneamente. Para facilitar a expansão de aplicações comerciais, a equipe pretende desenvolver técnicas de fabricação escalonáveis ​​que se alinhem com os padrões da indústria e garantam a compatibilidade de materiais para uma integração perfeita.