Ultrafast spectroscopy for semiconductor metasurfaces

Sub-picosecond polarization control is an essential functionality in many applications, from encoding information to probing complex systems such as chiral molecules. In this context, metasurfaces have emerged as a promising solution for the development of polarization-sensitive compact devices reconfigurable in ultrashort timescales via interaction with intense femtosecond laser pulses. In this work, we performed two different pump-probe experiments aimed at characterizing the transient anisotropic features of an AlGaAs nanowire metasurface. Our results show that this design is capable of giant modulations of dichroism, up to 470% for TM polarized light, and birefringence, exhibiting wave-plate like functionalities with relative phase modulations up to π/2. This response is enabled by an extended state resonance tunable by all-optical means near the bandgap of the semiconductor where the band-filling effect dominates.

Il controllo della polarizzazione su scala temporale inferiore al picosecondo è una funzionalità essenziale in molte applicazioni, dalla codifica delle informazioni allo studio di sistemi complessi come le molecole chirali. In questo contesto, le metasuperfici sono emerse come una soluzione promettente per lo sviluppo di dispositivi compatti sensibili alla polarizzazione e riconfigurabili in tempi ultrabrevi tramite l'interazione con intensi impulsi laser a femtosecondi. In questo lavoro abbiamo eseguito due diversi esperimenti pump-probe volti a caratterizzare le proprietà anisotrope transitorie di una metasuperficie composta da nanofili di AlGaAs. I nostri risultati mostrano che questa configurazione è capace di enormi modulazioni del dicroismo, fino a 470% per stati di polarizzazione TM, e della birifrangenza, mostrando funzionalità simili a un ritardatore con modulazioni di fase relativa fino a π/2. Questa risposta è dovuta alla presenza di una risonanza associata ad uno stato esteso riconfigurabile unicamente per via ottica e posizionata vicino al band-gap del semiconduttore dove domina l'effetto di band-filling.