ABD’li araştırmacılar, ışık kontrolünde çığır açan bir teknoloji geliştiriyor. New York City Üniversitesi’ne (CUNY) bağlı İleri Bilim Araştırma Merkezi’ndeki (ASRC) bilim insanları, meta yüzey (metasurface – nanometre ölçeğinde yapılandırılmış iki boyutlu malzemeler) adı verilen iki boyutlu malzemelerle termal radyasyonu hassas bir şekilde kontrol edebilmeyi başardı. Bu yenilik, askeri, tıbbi, jeoloji ve uzay uygulamaları için yeni nesil ışık kaynaklarının önünü açabilir. Araştırmayı yöneten Adam Overvig, “Meta yüzeyler genellikle piyasada bulunan lazerlerden çıkan lazer ışınlarını özelleştirmek için tasarlanır. Ancak bizim durumumuzda, meta yüzey aynı anda termal ışık üretip bunu özelleştiriyor,” diyerek bu teknolojinin optik sistemleri küçültme potansiyeline dikkat çekti.
Bilmeyenler için termal radyasyon, maddenin ısı kaynaklı rastgele dalgalanmaları sonucu ortaya çıkan bir tür elektromanyetik dalgadır ve çok geniş bir spektruma sahip. Bu, bir ampulün yaydığı ışığa benzetilebilir. Ancak bu ışık genellikle polarize değildir ve her yöne dağılır, bu da belirli ışık özelliklerine ihtiyaç duyulan uygulamalarda kullanımını sınırlar. Öte yandan, lazer ışığı belirli bir frekans, polarizasyon ve yön yayılımına sahip olması nedeniyle teknik uygulamalarda öncelikli olarak tercih ediliyor.
Meta yüzeyler ile ışığı kontrol etme
Bu alandaki yenilikçi çalışmanın baş yazarlarından Adam Overvig, “Amacımız, dış lazer kaynaklarına ihtiyaç duymayan, ancak kendi termal radyasyonunun yayılmasını ve kontrol edilmesini sağlayan metayüzey teknolojisini mümkün kılmaktır,” dedi. Ekip, metayüzeylerin, belirli frekanslar, özelleştirilmiş polarizasyonlar ve hatta bir hologram oluşturabilecek istenen dalga biçimi gibi özelliklere sahip termal radyasyon üretebileceğini teorik olarak göstermişti. Şimdi ise bu öngörüleri deneysel olarak doğruladılar. Araştırma, termal radyasyonun tam kontrolünü sağlamak amacıyla, metayüzey tasarımını basitleştirerek tek katmanlı bir yapıya indirdi. Bu yeni tasarım, termal radyasyonun yönünü ve polarizasyonunu asimetrik olarak kontrol etme yeteneği sağladı. Bu yenilik, kompakt, hafif ve istenen spektral, polarizasyon ve uzamsal özelliklere sahip ışık kaynaklarının tasarımını mümkün kılacak bir adım olarak değerlendiriliyor.
Araştırmacılar, termal radyasyonun doğal olarak polarize olmadığını göz önünde bulundurarak, ışığın elektrik alanının dönel bir şekilde titreştiği dairesel polarizasyonu mümkün kılmaya odaklandı. Dairesel polarizasyon, günlük hayatta pek rastlanmasa da doğada önemli bir fenomen. Örneğin, peygamberdevesi karidesi bu polarizasyonu ‘görebiliyor’, ancak insanlar bunu algılayamıyor. LED’lerde kullanılabilir
Araştırmacılar, bu prensiplerin LED’lere de uygulanabileceğini ve bu yaygın, ancak kontrol edilmesi zor ışık kaynağının geliştirilme potansiyeline sahip olduğunu belirtiyor. Gelecekte, ekip bu yapı taşlarını daha karmaşık termal yayılım desenleri oluşturmak için birleştirmeyi hedefliyor. Bu tür ilerlemeler, özelleştirilmiş ışık kaynaklarının tasarım ve işlevselliğinde devrim yaratabilir.