Mitä näemme peilissä? Uudet metapinnat näyttävät ”kirkkailta” toisesta suunnasta, mutta ”tummilta” vastakkaisesta suunnasta

Kun katsomme peiliä jostakin kulmasta, näemme kuvan kohteesta, joka sijaitsee vastakkaisessa suunnassa. Tämä johtuu siitä, että kohteesta siroava valo heijastuu peilistä katsojan silmien havaittavaksi. Tässä peiliheijastukseksi kutsutussa tapahtumasarjassa heijastuskulma on symmetrinen: jos peilin vasemmalla puolella seisova henkilö näkee peilin oikealla puolella seisovan henkilön, myös peilin oikealla puolella seisova henkilö näkee vasemmalla puolella seisovan henkilön vastaavalla tarkkuudella. Tavalliset peilit heijastavat valon aina symmetrisesti peilin kummaltakin puolelta. Aalto-yliopiston tutkijat onnistuivat hiljattain rikkomaan peilauskulman symmetrisyyden hyödyntäen gradienttimetapintojen (engl. gradient metasurface) käsitettä. Keinotekoisesti valmistetut pinnat voidaan suunnitella näyttämään ”kirkkailta” tietystä suunnasta, mutta samaan aikaan ”tummilta” vastakkaisessa suunnassa olevan katsojan näkökulmasta.

Metapinnat ovat tasomaisia, keinotekoisia materiaaleja, jotka koostuvat valon aallonpituutta pienemmässä mittakaavassa jaksottaisesti järjestyneistä meta-atomeista. Meta-atomit koostuvat tavanomaisista materiaaleista, mutta jos ne asetetaan toistuviin kuvioihin, järjestelmä voi saada useita epätavallisia ominaisuuksia, joita ei voida saavuttaa luonnollisilla materiaaleilla. Physical Review Letters -lehdessä julkaistussa artikkelissaan Extreme Asymmetry in Metasurfaces via Evanescent Fields Engineering: Angular-Asymmetric Absorption 

Aalto-yliopiston tutkimusryhmäkuvailee tutkimustaan, jossa he käyttivät gradienttimetapintoja muuttaakseen vastakkaisista kulmista tulevien aaltojen kontrastisuhdetta.

”Havaintomme osoittavat ensimmäistä kertaa, että tasaisella pinnalla voi olla äärimmäiset optisesti asymmetriset ominaisuudet kulmaspektrissä. Tämä on tärkeä merkkipaalu sekä fysiikan että teknisten tieteiden alalla”, selittää Xuchen Wang, joka on kolmannen vuoden tohtoriopiskelija Aalto-yliopistossa ja toimii tutkimuksen vastuuhenkilönä. Xuchen tutkii elektromagneettisia metapintoja professori Sergei Tretyakovin ohjauksessa.

”Tämä on kiistämättä jännittävä läpimurto. Vaikuttaa siltä, että rikoimme luonnossa vallitsevan kauniin symmetrisyyden. Toisaalta symmetrian kumoaminen kuitenkin avaa uusia mahdollisuuksia maanpuolustusteknologialle, lääketieteen mittauslaitteille, tietosuojalle ja niin edelleen”, Xuchen kommentoi.

Artikkeli julkaistiin lehden verkkojulkaisussa 19.12.2018. Tutkimusta on rahoittanut Suomen Akatemia.

Lisätietoja:
Xuchen Wang
Xuchen.wang@aalto.fi
+358-503097794