Reconfigurable multilevel control of hybrid all-dielectric phase-change metasurfaces

电介质 相(物质) 计算机科学 算法 可重构性 材料科学 人工智能 化学 光电子学 电信 有机化学
作者
Carlota Ruíz de Galarreta,Ivan Sinev,A. M. Alexeev,Pavel Trofimov,Konstantin Ladutenko,Santiago Carrillo,Emanuele Gemo,Anna Baldycheva,Jacopo Bertolotti,C. David Wright
出处
期刊:Optica [Optica Publishing Group]
卷期号:7 (5): 476-476 被引量:185
标识
DOI:10.1364/optica.384138
摘要

All-dielectric metasurfaces comprising arrays of nanostructured high-refractive-index materials are re-imagining what is achievable in terms of the manipulation of light. However, the functionality of conventional dielectric-based metasurfaces is fixed by design; thus, their optical response is locked in at the fabrication stage. A far wider range of applications could be addressed if dynamic and reconfigurable control were possible. We demonstrate this here via the novel concept of hybrid metasurfaces, in which reconfigurability is achieved by embedding sub-wavelength inclusions of chalcogenide phase-change materials within the body of silicon nanoresonators. By strategic placement of an ultra-thin G e 2 S b 2 T e 5 layer and reversible switching of its phase-state, we show individual, multilevel, and dynamic control of metasurface resonances. We showcase our concept via the design, fabrication, and characterization of metadevices capable of dynamically filtering and modulating light in the near infrared (O and C telecom bands), with modulation depths as high as 70% and multilevel tunability. Finally, we show numerically how the same approach can be re-scaled to shorter wavelengths via appropriate material selection, paving the way to additional applications, such as high-efficiency vivid structural color generators in the visible spectrum. We believe that the concept of hybrid all-dielectric/phase-change metasurfaces presented in this work could pave the way for a wide range of design possibilities in terms of multilevel, reconfigurable, and high-efficiency light manipulation.
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