Technologia Metasurface to zaawansowana technologia optyczna, która jest cieńsza, lżejsza i zdolna do precyzyjnego kontrolowania światła przez sztuczne struktury o wielkości nanometrów w porównaniu z technologiami konwencjonalnymi. Badacze z projektu KAIST pokonali ograniczenia istniejących technologii metapowierzchni i pomyślnie zaprojektowali metapowierzchnię Janusa zdolną do doskonałego kontrolowania asymetrycznej transmisji światła. Stosując tę technologię, zaproponowali także innowacyjną metodę znacznego zwiększenia bezpieczeństwa poprzez dekodowanie informacji wyłącznie w określonych warunkach.
KAIST (reprezentowany przez Prezydenta Kwang Hyung Lee) ogłosił 15 października, że zespół badawczy kierowany przez profesora Jonghwę Shina z Wydziału Nauki i Inżynierii Materiałowej opracował metapowierzchnię Janusa zdolną do doskonałego kontrolowania asymetrycznej transmisji światła.
Właściwości asymetryczne, które reagują różnie w zależności od kierunku, odgrywają kluczową rolę w różnych dziedzinach nauki i inżynierii. Opracowana przez zespół badawczy metapowierzchnia Janusa wykorzystuje układ optyczny zdolny do wykonywania różnych funkcji w obu kierunkach.
Podobnie jak rzymski bóg Janus o dwóch twarzach, ta metapowierzchnia wykazuje zupełnie różne reakcje optyczne w zależności od kierunku padającego światła, skutecznie obsługując dwa niezależne systemy optyczne za pomocą jednego urządzenia (na przykład metapowierzchnia, która działa jak soczewka powiększająca w jednym kierunku i jako kamera polaryzacyjna w drugiej). Innymi słowy, dzięki tej technologii możliwe jest działanie dwóch różnych układów optycznych (np. soczewki i hologramu) w zależności od kierunku padania światła.
To osiągnięcie stanowi odpowiedź na wyzwanie, którego nie rozwiązały istniejące technologie metapowierzchni. Konwencjonalna technologia metapowierzchni miała ograniczenia w zakresie selektywnego kontrolowania trzech właściwości światła – intensywności, fazy i polaryzacji – w oparciu o kierunek padania.
Zespół badawczy zaproponował rozwiązanie oparte na zasadach matematycznych i fizycznych i udało mu się eksperymentalnie wdrożyć różne hologramy wektorowe w obu kierunkach. Dzięki temu osiągnięciu zaprezentowano kompletną technologię sterowania asymetryczną transmisją światła.
Ponadto zespół badawczy opracował nową technologię szyfrowania optycznego opartą na technologii metapowierzchni. Wykorzystując metapowierzchnię Janusa, zaimplementowali hologram wektorowy, który generuje różne obrazy w zależności od kierunku i stanu polaryzacji przychodzącego światła, prezentując optyczny system szyfrowania, który znacznie zwiększa bezpieczeństwo, umożliwiając dekodowanie informacji tylko w określonych warunkach.
Oczekuje się, że technologia ta posłuży jako rozwiązanie bezpieczeństwa nowej generacji, mające zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak komunikacja kwantowa i bezpieczna transmisja danych.
Co więcej, oczekuje się, że ultracienka struktura metapowierzchni znacznie zmniejszy objętość i wagę tradycyjnych urządzeń optycznych, przyczyniając się w znacznym stopniu do miniaturyzacji i lekkiej konstrukcji urządzeń nowej generacji.
Profesor Jonghwa Shin z Wydziału Nauki i Inżynierii Materiałowej KAIST stwierdził: „Badania te umożliwiły pełną kontrolę asymetrycznej transmisji natężenia, fazy i polaryzacji światła, co od dawna stanowi wyzwanie w optyce. Otworzyło nowe możliwości w zakresie możliwość opracowania różnorodnych stosowanych urządzeń optycznych.” Dodał: „Planujemy dalszy rozwój urządzeń optycznych, które można zastosować w różnych dziedzinach, takich jak rzeczywistość rozszerzona (AR), wyświetlacze holograficzne i systemy LiDAR dla pojazdów autonomicznych, wykorzystując pełny potencjał technologii metasurface”.
Badania te, w których Hyeonhee Kim (doktorantka na Wydziale Nauki i Inżynierii Materiałowej KAIST) i Joonkyo Jung uczestniczyli jako współautorzy, zostały opublikowane w Internecie w międzynarodowym czasopiśmie Advanced Materials, a ich publikacja planowana jest na październik 31 numer. (Tytuł artykułu: „Dwukierunkowa holografia wektorowa z wykorzystaniem dwuwarstwowych metapowierzchni i jej zastosowanie w szyfrowaniu optycznym”)
Badania były wspierane przez Program Rozwoju Technologii Nanomateriałów i Program dla badaczy średniego szczebla Koreańskiej Narodowej Fundacji Badawczej.
