Goedkope flexibele metasurfaces om de efficiëntie van opto-elektronische apparaten te verhogen

Metasurfaces zijn tweedimensionale tegenhangers van metamaterialen, kunstmatige materialen met ongebruikelijke eigenschappen. Met een verscheidenheid aan fascinerend innovatieve en diverse toepassingen kunnen deze speciaal geprepareerde oppervlakken met ontworpen patronen de voortplanting van elektromagnetische golven over het gehele spectrum van golflengten wijzigen.

Hoewel de reis van metamaterialen begon met metaal-diëlektrische systemen, zijn de metaoppervlakken inmiddels volledig diëlektrisch geworden en zijn ze cruciaal in toepassingen met betrekking tot opto-elektronische apparaten zoals zonnecellen en lichtgevende diodes (LED’s) om hun efficiëntie te verbeteren door een puur oppervlakte-effect.

Studentenonderzoekers onder leiding van professor R. Vijaya van het Photonics Laboratory van het Indian Institute of Technology Kanpur in India hebben onlangs een goedkope zachte lithografietechniek gebruikt om diëlektrische metasurfaces te vervaardigen van twee complementaire vormen van nanodimples en nanobumps op een flexibel polymeersubstraat.

Het werk getiteld “Controle van zichtbare transmissie- en reflectiewaas door het variëren van patroongrootte, vorm en diepte in flexibele metasurfaces” was gepubliceerd in Grenzen van opto-elektronica.

De onderzoekers gebruikten een goedkoop fotonisch kristal gemaakt door zelfassemblage met nanometrische feature size als het masterpatroon. Zo levert de dubbel-economische aanpak metasurfaces op die dun, flexibel, gepatroneerd en makkelijk te lamineren zijn op elk glad oppervlak.

Met behulp van monsters met verschillende patroongroottes en dieptes, stelden hun experimenten met diffuse en totale reflectie en transmissie vast dat de waas van deze monsters over het gehele zichtbare bereik kan worden gecontroleerd. Dit is nuttig bij het verbeteren van de efficiëntie van opto-elektronische apparaten waarbij de optische-naar-elektrische conversie-efficiëntie beperkt wordt door de lineaire voortplantingsrichting van licht.

Verstrooiingseffecten van waas zullen zichtbaar zijn in de waasvlek rondom de doorgelaten/gereflecteerde straal en een eenvoudige controle over hun omvang kan de hoeveelheid licht die wordt geabsorbeerd in zonnecellen of geëxtraheerd in LED vergroten. Simulatieresultaten op basis van methoden ondersteunen ook de experimentele bevindingen.