Doctoral Thesis

Tunable metasurfaces

Final Thesis 9.41 MB

Author of thesis: Ing. Katarína Rovenská, Ph.D.

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Reviewers: Prof. Ing. Jiří Houška, Ph.D., Prof. Martin Olivier

Abstract:

Tunable metasurfaces represent a promising platform for dynamic control of electromagnetic waves, overcoming the intrinsic limitations of static nanophotonic structures. This dissertation investigates approaches to metasurface tunability, focusing on vanadium dioxide (VO2) as a phase-change material enabling reversible modulation of optical properties. A reproducible fabrication platform for VO2 thin films is developed using complementary deposition techniques, forming the basis for integration into metasurface architectures. The platform is applied in two application-oriented studies, demonstrating stabilization of structural color against angular variations and active control of high-Q resonances in dynamically tunable bound-state-in-continuum metasurfaces. In addition, localized oxidation of vanadium thin films is explored as a route toward spatially resolved tunability. The results establish VO2 as a viable material platform for tunable metasurfaces and provide pathways toward more advanced reconfigurable nanophotonic systems.

Keywords:

tunable metasurfaces, vanadium dioxide, phase change materials

Date of defence

01.07.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Disertační práce Ing. Rovenské se zaměřuje na přístupy k laditelnosti metapovrchů, přičemž vyzdvihuje oxid vanadičitý (VO₂) jako materiál s fázovou přeměnou, který umožňuje reverzibilní modulaci optických vlastností. V rámci práce byla vyvinuta reprodukovatelná platforma pro přípravu tenkých vrstev VO₂ založená na komplementárních depozičních technikách, která tvoří základ pro jejich integraci do metapovrchů. Tato platforma byla využita ve dvou aplikačně orientovaných studiích, které demonstrují stabilizaci strukturní barvy vůči změně úhlu dopadu světla a aktivní řízení vysoce kvalitních rezonancí v dynamicky laditelných metapovrších typu BIC (vázané stavy v kontinuu). Dále je zkoumána lokální oxidace tenkých vrstev vanadu jako cesta k prostorově rozlišené laditelnosti. Výsledky této práce potvrzují, že VO₂ představuje vhodnou materiálovou platformu pro laditelné metapovrchy a otevírají nové možnosti pro vývoj pokročilých rekonfigurovatelných nanofotonických systémů. Téma disertační práce je aktuální a významné jak z vědeckého, tak z technologického hlediska. Stanovené cíle disertační práce byly v plném rozsahu splněny. V průběhu obhajoby disertace Ing. Rovenská prokázala výborné znalosti ve zkoumané problematice a schopnost samostatně vědecky pracovat.

Language of thesis

English

Faculty

Středoevropský technologický institut VUT

Department

Central European Institute of Technology BUT

Study programme

Advanced Materials and Nanosciences (CEITEC-AMN-CZ-P)

Composition of Committee

Ing. Pavel Krečmer, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D. (člen)
Prof. Ing. Jiří Houška, Ph.D. (člen)
Prof. Martin Olivier (člen)
doc. Ing. Jakub Zlámal, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

viz posudek v pdf.
File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 60,28 kB

Reviewer’s report
Prof. Ing. Jiří Houška, Ph.D.

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 185,77 kB

Reviewer’s report
Prof. Martin Olivier

viz posudek v pdf.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 242,31 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová