通过颠倒传统的基于实验室的制造工艺，杜克大学的研究人员极大地扩展了光操纵超表面的能力，同时也使它们对元素更加稳健。这种组合可以让这些快速成熟的设备在广泛的实际应用中使用，例如在单次快门快照中捕获广谱光图像的相机。
Plasmonics是一种本质上将光能捕获在金属表面上一起振荡的电子组中的技术。这会产生一个小而强大的电磁场，与入射光相互作用。
传统上，这些电子组(称为等离子激元)在金属纳米立方体的表面上被激发。通过控制纳米立方体的大小及其彼此之间的间距以及下方的金属基底，可以调整系统以吸收特定波长的光。
这些所谓的等离子超表面由三层组成——金属基底涂在纳米薄的透明基底上，顶部是银纳米立方体。虽然这种配置在实验室演示中效果很好，但它几乎没有留给创造力的空间。由于纳米颗粒的一个区域必须在下方金属表面几纳米的范围内，研究人员无法使用多种形状。
为了解决这种对平整度的需求，杜克大学电气与计算机工程系JamesN.和ElizabethH.Barton副教授MaikenMikkelsen和她的团队决定尝试将每个纳米粒子放入自己的凹坑或凹坑中。这将用金属围绕纳米粒子的整个下半部分，允许侧面和底部容纳等离子激元。但由于极其严格的公差，这说起来容易做起来难。
“我们需要在厘米大小的晶圆表面上以单纳米精度控制某些尺寸，”Mikkelsen说。“这就像试图控制足球场上草叶的厚度。”
新的倒置制造方法允许研究人员使用各种新的纳米粒子形状，例如球体和立方八面体——一种由八个三角形面和六个方形面组成的形状。学分：杜克大学的乔恩·斯图尔特
为了应对这一挑战，Mikkelsen和她的实验室基本上颠覆了传统的制造工艺。他们不是从金属表面开始，然后在顶部放置一个薄的透明基板，然后是纳米立方体，而是从纳米立方体开始，它们覆盖有一个精确的薄间隔涂层，遵循下面的形状，然后用金属涂层覆盖。它几乎就像一个菠萝倒置蛋糕，其中纳米立方体是被焦糖覆盖并烤成薄底的菠萝。
由于纳米立方体的多个表面现在可以在间隙之间捕获等离子体，Mikkelsen和她的同事可以在3D中用新的纳米粒子形状进行实验。在论文中，该团队尝试了实心球体和立方八面体——一种由八个三角形面和六个方形面组成的形状——以及具有石英核心的金属球体。
“合成纳米粒子可能很棘手，而且每种形状都有局限性，”米克尔森说。“通过能够使用几乎所有的形状，我们确实开辟了许多新的可能性，包括探索各种金属。”
测试结果表明，新的制造方法不仅可以匹配或超过以前使用银纳米立方体的方法的能力，还可以扩大使用这些不同形状和金属的频率范围。研究还表明，这些变化会改变纳米粒子在其表面捕获能量的位置。结合通过包裹纳米粒子使整个设备风化的额外好处，新技术可能会将该技术的用途扩展到驱动化学反应或热探测器。
然而，Mikkelsen的首要任务是将制造技术应用到她的项目中，以创建一个“超级相机”，该相机可以捕捉和处理各种光的特性，例如偏振、深度、相位、相干性和入射角。
“这里真正重要的是，超表面可以非常便宜地覆盖大的宏观区域，因为我们使用完全无光刻的制造技术，”Mikkelsen说。“这意味着超表面可以与其他现有技术集成，也可以为新的等离子超表面应用创造灵感。”
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