Новый метаповерхностный модулятор работает при сверхнизком напряжении

Схематическое изображение SOH модулятора свободного пространства. Интенсивность отраженного света ∣E_r(t)∣² может модулироваться на высокой скорости с помощью внешнего напряжения V_ext(t). Автор: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02000-4

Исследователи из Токийского университета разработали гибридную метаповерхность, которая сочетает кремниевые наноструктуры с органическим электрооптическим слоем и может модулировать свет при очень низких напряжениях.

Метаповерхности — это двумерные наноинженерные поверхности, которые сильно взаимодействуют с электромагнитными волнами и могут точно управлять светом. Активные метаповерхности, чей электромагнитный отклик можно динамически настраивать в реальном времени, особенно перспективны для разработки перестраиваемых антенн, высокочувствительных датчиков и оптических модуляторов.

Большинство существующих метаповерхностных оптических модуляторов требуют для работы высоковольтных электрических сигналов. Новая разработка решает эту проблему.

«Используя высокодобротный резонансный режим, нормально падающий свет эффективно захватывается в субмикрометровой кремниевой щелевой области, содержащей органический электрооптический материал», — пояснили авторы.

В результате достигается высокоэффективная модуляция, обеспечивающая передачу данных на скоростях 50 Мбит/с и 1,6 Гбит/с при управляющих напряжениях всего 0,2 В и 1 В соответственно. Эти метаповерхностные модуляторы теперь могут работать при напряжениях, совместимых с КМОП-технологией.

Гибридная метаповерхность совместима с существующими процессами нанопроизводства КМОП-устройств, что облегчает её интеграцию с существующими устройствами и развертывание в реальных условиях.

Разработка может способствовать дальнейшему прогрессу в различных технологиях, включая создание новых высокоскоростных систем связи и датчиков с низким энергопотреблением.

Больше информации: Go Soma et al, Subvolt high-speed free-space modulator with electro-optic metasurface, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02000-4.