Giampiero Gerini

Leerstoel

Material engineering form Microwaves to Optics (Eindhoven University of Technology).

Onderzoeksgebied

Metamaterialen en metaoppervlakken zijn kunstmatie structuren die bestaan uit een patroon van verstrooiers die kleiner zijn dan de golflengte van licht en die op of in een gastmateriaal zijn aangebracht. Bij metamaterialen wijzigen de verstrooiers de elektrische parameters van het gastmateriaal, waardoor waarden worden bereikt die in de natuur niet mogelijk zijn. Bij metaoppervlakken daarentegen veroorzaken de verstrooiers zeer abrupte variaties van de fase, polarisatie en amplitude van de invallende golf binnen een heel dun membraan. Deze ongebruikelijke elektromagnetische eigenschappen kunnen de weg vrijmaken voor grote doorbraken op het gebied van sensoren, beeldvorming en miniaturisatie.

Met optische metaoppervlakken worden specifiek alle mogelijke vormen van lichtmanipulatie mogelijk door middel van onconventionele, extreem dunne optische objecten, zoals vlakke lenzen, deflectoren, polarisatiefilters, hologrammen, perfecte absorbeerders, filters, bundelvormers, near-to-far-field-transducers, etcetera. De buitengewone elektromagnetische eigenschappen en extreem dunne afmetingen maken zeer vergaande integratie met andere componenten en sensoren mogelijk.

Mijn belangrijkste onderzoeksdoelstelling op dit gebied is om de ontwikkeling van nieuwe systeem-/instrumentconcepten op basis van metaoppervlakken/metamaterialen mogelijk te maken. Om dit te bereiken, ontwikkelen we modellerings-/ontwerpkaders, we bouwen en testen demonstratieopstellingen en we integreren deze structuren in het ontwerp van complexe systemen. TNO kan bogen op jarenlange, wereldwijd gerenommeerde deskundigheid op het gebied van de ontwikkeling van instrumenten/systemen voor de ruimtevaart-, defensie- en halfgeleiderindustrie. Metaoppervlakken en metamaterialen maken de weg vrij voor het ontwikkelen van een nieuwe generatie instrumenten.

In deze context draagt mijn onderzoek bij aan de TNO-roadmaps 'Semiconductors', 'Ruimtevaart' en 'Informatie- en sensorsystemen'.

Belangrijkste publicaties

• T. A. W Wolterink, R. D. Buijs, G. Gerini, A. F. Koenderink and E. Verhagen, Localizing nanoscale objects using nanophotonic near-field transducers" Nanophotonics, vol.10, no.6, 2021.
• C. F. Kenworthy, L. P. Stoevelaar, A. J. Alexander, G. Gerini, “Using the near field optical trapping effect of a dielectric metasurface to improve SERS enhancement for virus detection”, Nature - Scientific Reports 11, 6873 (2021).
• R. Buijs, T. Wolterink, G. Gerini, F. Koenderink, and E. Verhagen, “Information advantage from polarization-multiplexed readout of nanophotonic scattering overlay sensors”, Opt. Express 29, 42900 (2021).
• T. Wolterink, R. Buijs, G. Gerini, E. Verhagen, and F. Koenderink, “Calibration-based overlay sensing with minimal-footprint targets”, Appl. Phys. Lett. 119, 111104 (2021).
• T. Wolterink, R. Buijs, G. Gerini, E. Verhagen, and F. Koenderink, “Programming metasurface near-fields for nano-optical sensing”, Adv. Opt. Mater. 9, 2100435 (2021)."