Nienaturalna manipulacja światłem
Wyjątkowe własności metamateriałów wynikają z ich strukturalnej periodyczności w skali dużo mniejszej niż długość fali światła przechodzącego przez nie. Ich wykorzystanie w zakresie mikrofal (długości fal od 1 do 100 cm) jest obecnie w fazie poprzedzającej wdrożenie komercyjne. Wykonanie urządzeń działających w widzialnej części widma (struktur w skali nanometrycznej), takich jak "peleryna niewidka", stanowi poważne wyzwanie produkcyjne. Po raz pierwszy finansowani przez UE naukowcy zajmujący się nanochemią, samoorganizacją i metamateriałami połączyli swe siły w ramach projektu "Nanochemistry and self-assembly routes to metamaterials for visible light" (METACHEM) . Celem ich prac było stworzenie prostej i taniej w produkcji alternatywy dla nanolitografii. Włożyli oni również wiele wysiłku w opracowanie metod pomiaru niezbędnych do zademonstrowania słuszności koncepcji. Zespół zaprojektował i zsyntetyzował specjalne nanocząsteczki, służące jako optyczne nanorezonatory plazmoniczne. Są to powierzchniowe struktury plazmoniczne wykorzystujące wzajemnie spójne oscylacje elektronów i światła na powierzchni metalu. Zostały one połączone dzięki samoorganizacji w gęste, bardzo złożone dwu- lub trójwymiarowe sieci. Plazmoniczne metamateriały były dotąd trudne do wykorzystania z uwagi na straty. Naukowcy rozwiązali ten problem w konwencjonalny sposób, wykorzystując kompensujące straty środki aktywnego wzmocnienia. Zaproponowano liczne zastosowania, w tym w zaawansowanych czujnikach, plazmonicznych nanoreaktorach i metamateriałach o własnościach refrakcyjnych. Pozyskana wiedza i wyniki były rozpowszechniane za pośrednictwem witryny internetowej projektu, podczas warsztatów szkoleniowych, w ramach uczestnictwa w międzynarodowych konferencjach oraz poprzez szereg biuletynów. Zespół projektu uczestniczył również w zorganizowanej przez siebie konferencji "Metamaterials International Conference 2013" oraz w przewodzie doktorskim będącym kontynuacją projektu. Prace zespołu METACHEM stanowią krok milowy w dziedzinie wykorzystania metamateriałów plazmonicznych. Naukowcy wykazali, że metamateriały mogą być produkowane niskim kosztem poprzez zastosowanie systemowych metod samoorganizacji. Dzięki zwiększeniu wydajności przez kompensację strat, zespół wyeliminował jedną z najważniejszych, barier stojących na drodze do rzeczywistego zastosowania. Poczynione postępy podkreśliły potencjał zastosowania tych materiałów jako elementów czujników, reaktorów nanochemicznych, nowych urządzeń elektromagnetycznych i wielu innych rozwiązań, co otwiera nowe, fascynujące drogi dla dalszych badań.
Słowa kluczowe
Metamateriały, widzialne, wytwarzanie, samoorganizacja, nanolitografia, plazmoniczny, straty, aktywne wzmocnienie
