Активные метаповерхности представляют собой класс двумерных структур, в которых свойства управления электромагнитными волнами определяются не только геометрией нанорезонаторов, но и возможностью внешнего управления параметрами среды. В отличие от пассивных аналогов, где фазовый и амплитудный отклик фиксирован после изготовления, активные системы обеспечивают динамическую перестройку характеристик в реальном времени. Это открывает путь к созданию функциональных устройств нового поколения — адаптивных линз, модуляторов, пространственно-временных фазовых контроллеров и высокоэффективных антенн.
Электрическое управление Наиболее распространённый метод, основанный на использовании полупроводниковых материалов, графена или жидких кристаллов. При подаче напряжения изменяются такие параметры, как эффективная проводимость, диэлектрическая проницаемость или ориентация дипольных моментов.
Оптическое управление Используются материалы с фотопроводимостью или нелинейным откликом, где внешний лазерный импульс меняет параметры проводимости или показатель преломления. Данный метод позволяет реализовать сверхбыструю модуляцию в терагерцовом и оптическом диапазонах.
Тепловое управление Включает использование фазово-переходных материалов, таких как VO₂, способных изменять состояние от диэлектрика к металлу при изменении температуры. Метаповерхность, содержащая такие элементы, может переключаться между различными функциональными режимами — например, от прозрачного состояния к отражающему.
Механическое управление Достигается за счёт деформируемых подложек и мембран. Изменение расстояний и ориентации резонаторов позволяет перестраивать спектральные характеристики отражения или пропускания.
Особое направление развития связано с пространственно-временной модуляцией параметров метаповерхности. Если в традиционных системах настройка осуществляется только в пространстве, то введение временной компоненты позволяет реализовать новые физические эффекты:
Динамические антенны Метаповерхности позволяют мгновенно изменять диаграмму направленности без механического сканирования. Это критически важно для систем связи 6G, радаров и спутниковых комплексов.
Голографические дисплеи и устройства отображения Настраиваемые элементы позволяют формировать изображения с изменяющимся фокусным расстоянием и цветовой коррекцией в реальном времени.
Модуляторы и переключатели Управляемые структуры применяются для высокоскоростной модуляции амплитуды, фазы и поляризации в оптических и терагерцовых диапазонах.
Адаптивные линзы и оптические элементы Возможность изменять фокусное расстояние и аберрационные характеристики открывает новые перспективы в микроскопии и медицине.
Элементы невидимости и камуфляжа Перенастройка параметров отражения и преломления делает возможным создание активных систем маскировки в различных диапазонах спектра.
Несмотря на быстрый прогресс, разработка активных и настраиваемых метаповерхностей сопряжена с рядом проблем:
Будущее развитие связано с созданием гибридных систем, где будут сочетаться различные механизмы управления — электрические, оптические и механические, а также с применением новых материалов, таких как топологические изоляторы и 2D-гетероструктуры.