In un documento intitolato ” Metasurface chirale stampato in 3D come convertitore di polarizzazione a doppia banda dicroica “, un team di ricercatori discute la progettazione di una metasurface chirale 3D che si comporta come un convertitore di polarizzazione spaziale con trasmissione asimmetrica.
“La metasurface è costituita da un reticolo di particelle elicoidali metalliche sesquialterali (uno e mezzo passo)”, spiegano i ricercatori. “Ogni particella contiene sei barre rettangolari disposte in serie uno sopra l’altro creando una spirale. La metasurface proposta esibisce una trasmissione asimmetrica a doppia banda accompagnata dall’effetto di una completa conversione di polarizzazione nella risposta sulle particolari distribuzioni di correnti indotte nelle barre della particella da un’onda incidente. Per quanto riguarda le onde circolarmente polarizzate, la metasurface mostra un forte dicroismo circolare “.
Un diodo ottico, continuano i ricercatori, è un dispositivo che trasmette la luce in una direzione e la blocca nella direzione opposta. Tra i vari tipi di diodi ottici, un noto esempio di questa risposta non reciproca è “l’effetto magneto-ottico (Faraday) relativo alla luce polarizzata circolarmente che si propaga nei materiali girotropici”.
“Il campo magnetico distorto rompe la simmetria dell’inversione temporale, che porta a una risposta non precipitosa dei media”, affermano i ricercatori. “Questo meccanismo è accompagnato dall’effetto del dicroismo circolare relativo all’assorbimento differenziale delle onde circolari polarizzate sinistrorse e destrorse. Tuttavia, la risposta non precipitosa non è limitata all’uso del solo campo magnetico. Infatti, i diodi ottici possono essere costruiti utilizzando le modulazioni spazio-temporali degli indici di rifrazione o alcuni effetti non lineari per i quali viene violato il teorema di reciprocità. “
In alternativa, aggiungono, una trasmissione asimmetrica può essere realizzata in strutture artificiali chirali, o metamateriali, anche quando sono completamente reciproche. Esistono tuttavia limitazioni ai metamateriali chirali basati su tecnologie planari 2D. La prima limitazione è legata alle loro proprietà elettromagnetiche, considerando che una trasmissione asimmetrica completa è una caratteristica di risonanza fortemente dipendente dalla dissipazione. La seconda limitazione è che i laminati di vetro epossidici commerciali non possono fornire un supporto meccanico di modelli metallici a temperature estremamente elevate, il che limita la loro area di applicazione.
I ricercatori discutono la progettazione di una metastruttura chirale 3D usando la stampa 3D da una lega metallica, vale a dire il cromo di cobalto. Poiché la lega ha una temperatura di fusione elevata, può impedire che la struttura metasurface venga distrutta in un ambiente di lavoro estremo. Questo è un vantaggio unico della metasurface a base di lega rispetto ai componenti chirali modellati su laminati epossidici di vetro. I ricercatori hanno dimostrato una caratteristica di trasmissione asimmetrica a doppia banda e un forte dicroismo circolare a banda larga nella metasurface proposta, sia a livello teorico che sperimentale.
“Sosteniamo che una conversione completa della polarizzazione può essere raggiunta risolvendo un problema di ottimizzazione geometrica per la banda di frequenza richiesta”, concludono i ricercatori. “In tal modo, il nostro lavoro apre la strada per trovare una soluzione di componente industriale ad alta temperatura sulla conversione di polarizzazione, un canale di comunicazione separatore che utilizza le caratteristiche della trasmissione lineare asimmetrica e il forte dicroismo circolare alle microonde e alle frequenze più alte”.
Gli autori del documento includono Shengzhe Wu, Su Xu, Tatiana L. Zinenko, Vladimir V. Yachin, Sergey L. Prosvirnin e Vladimir R. Tuz.
