Les méta-surfaces orientent RF, la lumière ou le son de façon arbitraire

«Les solutions existantes pour contrôler la réflexion des ondes ont une faible efficacité ou une mise en œuvre difficile», a déclaré la chercheuse Aalto, Dr. Ana Díaz-Rubio. «Nous avons résolu ces deux problèmes. Non seulement avons-nous trouvé un moyen de concevoir des méta-surfaces hautement efficaces, nous pouvons également adapter le design à différentes fonctionnalités. Ces méta-surfaces constituent une plate-forme polyvalente pour le contrôle arbitraire de la réflexion. "

Les surfaces ont été appelées méta-miroirs et la clé pour les créer consiste à appliquer une nouvelle physique décrivant la réflexion par des caractéristiques de surface inférieures à la longueur d'onde.

«Ce n’est que récemment que la physique de cette transformation d’onde par les méta-surfaces a été bien comprise. Il a été théoriquement démontré que les propriétés non locales, nécessaires pour des réflexions à haute efficacité dans des directions arbitraires, peuvent en principe être réalisées en élaborant soigneusement le profil de réactance de surface ", a déclaré le journal"Métamirreurs conformes au flux de puissance pour la réflexion des ondes d'ingénierie«(Disponible gratuitement dans son intégralité) qui décrit les travaux de Science Advances.

Selon l'équipe, il n'y a pas de diffusion parasite, ni besoin de champs évanescents à proximité de la méta-surface - les champs situés devant le méta-miroir sont des combinaisons des ondes planes se propageant désirées à distance de la surface et à proximité immédiate.

Étant donné les ondes planes incidentes à la surface, presque toute l'énergie peut être dirigée à un angle ou à des angles déterminés par de petites structures fixes à la surface, façonnées en fonction de la fréquence, de l'angle d'entrée souhaité et des angles de sortie requis.

Les mêmes principes mathématiques et théoriques («méta-surfaces conformes de flux de puissance») s’appliquent, que les ondes soient sonores, lumineuses ou radio.

Le document décrit deux méta-miroirs, tous deux conçus pour réfléchir la lumière ou le son (lorsqu'il est fabriqué avec un matériau approprié) arrivant perpendiculairement à la surface du miroir.

Tandis qu’un miroir standard le refléterait droit vers l’arrière, l’un des miroirs à titre d’exemple réfléchit l’énergie à 70 ° d’un côté, l’autre en réfléchit à 70 ° d’un côté et le reste à 70 ° de l’autre - le ce dernier créant un séparateur de faisceau.

Dans une preuve de concept, la situation de 70 ° à un côté a été conçue pour une utilisation d’ondes sonores de 3 kHz, puis modélisée et construite (voir photo, la géométrie détaillée est décrite dans le document).

L’unité répétée imprimée en 3D du miroir 3kHz mesure 120 mm de long et 63 mm de profondeur (voir photo) et consiste en une collection de ‘tubes’ rectangulaires de 8 mm de profondeur variable - la largeur de chaque tube est inférieure à 0,1 λ à 3 kHz. L'expérience physique a utilisé 12 unités répétées. Les résultats expérimentaux concordaient bien avec les modèles.

"C'est vraiment un résultat excitant", a déclaré Díaz-Rubio. «Nous avons trouvé un moyen de concevoir un tel dispositif et nous l’avons testé pour contrôler les ondes sonores. De plus, cette idée peut être appliquée aux champs électromagnétiques. "