Wiederbeschreibbare Metaoberflächen und Metamaterialien

 

Heute ist es möglich, künstliche Materialien (Metamaterialien) zu konstruieren, deren Bausteine (Metaatome) charakteristische Größenordnungen unterhalb optischer Wellenlängen liegen. Die Möglichkeit, die Metaatome in weitgehend beliebiger Form zu gestalten, fügt einen neuen Freiheitsgrad in der Materialentwicklung hinzu. Diese Methode ermöglicht die Herstellung von Materialien mit Eigenschaften, die in der Natur nicht oder nur sehr selten zu finden sind. Die Realisierung von anpassbaren, schaltbaren und nichtlinearen Funktionalitäten von Metamaterialien auf dem Level einzelnen Metaatome wird zu zusätzlicher Flexibilität im Entwurf schaltbarer aktiver photonischer Bauelemente führen. Aktive Einstellbarkeit, Schaltbarkeit oder Nichtlinearität der Eigenschaften von Metamaterialien kann durch elektrooptische, elektromagnetische oder mikroelektromechanische Veränderung der Materialien im Metaatom verwirklicht werden. Dies umfasst unter anderem Phasenwechselmaterialien-basierte Metamaterialien. In diesem Forschungsgebiet konzentrieren wir uns auf die Entwicklung neuer numerischer Methoden zur Untersuchung hybrider Phasenwechsel-Metamaterialen mit dem Ziel der Entwicklung neuartigen wiederbeschreibbarer und schaltbarer Medien für den optische und infraroten Spektralbereich. Je nach dem gewünschten Spektralbereich der Anwendung werden Metaatome auf der Basis plasmon-polaritonischer oder phonon-polaritonischer Materialien benutzt. Wir entwickeln angemessene theoretische und numerische Modelle der Kinetik der Phasenübergänge. Die entwickelten Modelle werde selbstkonsistent mit elektromagnetischen und thermischen Simulationen kombiniert und auf diese Weise benutzt um auf Metaoberflächen basierende schaltbare optoelektronische Komponenten zu entwerfen.