Метаповерхности — это поверхность определенного типа материала, на которой созданные упорядоченные решетки из наноструктур, за счет чего такие поверхности могут взаимодействовать со светом весьма необычными способами. В настоящее время в большинстве случаев на поверхности размещаются наноструктуры в виде столбиков различной толщины и высоты, что позволяет фокусировать, преломлять и контролировать свет другими способами. Было замечено, что большая высота наностолбиков может дать метаповерхности в целом больший уровень контроля над светом. Однако увеличивать высоту наностолбиков выше определенных пределов не предоставляется возможным, некоторые из них искривляются и цепляют соседние элементы наноструктуры, а другие и вообще падают на поверхность.

А что если вместо создания высоких наноструктур использовать нечто совершенно противоположное? Именно такая идея пришла в голову исследователям из Школы Технических и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) Гарвардского университета. И они разработали метаповерхность, своего рода условно плоскую металинзу, способную фокусировать падающий на нее свет в одну точку при помощи «сетки» очень глубоких и очень узких отверстий в теле этой линзы.

На поверхности опытной металинзы было сделано около 12 миллионов отверстий. Эти отверстия были просверлены в силиконовой мембране, толщиной 5 микрометров, при этом, ширина каждого отверстия составляет несколько сотен нанометров. Форматное соотношение этих отверстий, отношение их высоты к толщине равняется почти 30 к 1. И данный случай является первым в истории, когда элементы с подобным форматным соотношением были использованы в области метаоптики.

«Если бы мы попытались сделать наностолбики с таким форматным соотношением, то они все попадали бы, и метаповерхность не смогла бы работать должным образом» — пишут исследователи, — «Создание отверстий позволяет получить теоретически неограниченное значение форматного соотношения, не жертвуя ни толикой механической надежности. И теперь на основе таких метаматериалов мы можем создавать большие линзы, открывая путь оптическим устройствам следующих поколений».

Более того, отверстия в теле металинз могут быть заполнены материалами с нелинейными оптическими характеристиками и жидкими кристаллами, что позволит реализовать технологии активного управления и модуляции света в очень широком диапазоне оптического спектра.

А сами опытные образцы «дырявых» металинз были изготовлены на стандартном оборудовании и при помощи стандартных технологий производства полупроводниковых приборов, что позволит развернуть масштабное производство новых оптических устройств уже в самом ближайшем будущем.