Физици от ETH Zurich обявиха създаването на лещи с "магически свойства"

Екип от физици, ръководен от Рейчъл Грейндж, преподавател в Института по квантова електроника в ETH Zurich, обяви, че е създал лещи с "магически свойства". Тези нови лещи са ултратънки и могат да преобразуват инфрачервената светлина във видима, като съкращават наполовина дължината на вълната на попадащата върху тях светлина.

 

Металещите и работата на екипа от ETH Zurich

 

Основните усилия в сферата на оптиката през последните десет години са насочени към преодоляването на ограниченията, произтичащи от размера на лещите, и водят до създаването на т. нар. металещи. Това са плоски лещи със същите характеристики като нормалните лещи, които са не само 40 пъти по-тънки от човешки косъм, но и са много леки, тъй като не се налага да се правят от стъкло.

 

Специална метаповърхност, съставена от структури с дължина и височина от едва 100 нанометра, насочва светлината. Използвайки такива наноструктури изследователите могат значително да намалят размера на лещите и да ги направят по-компактни.

 

Комбинирани със специални материали, тези наноструктури могат да се използват за изследване на други необичайни свойства на светлината. Пример са нелинейните оптики, където светлината се преобразува от един цвят в друг. Зелената лазерна химикалка работи на този принцип – инфрачервената светлина преминава през висококачествен кристален материал и генерира светлина с половин дължина на вълната – в този случай зелена светлина. Добре познат материал, който осигурява този ефект, е литиевият ниобат. Той се използва в телекомуникационната индустрия за създаване на компоненти, които свързват електронните компоненти с оптични влакна.

 

Проучването на Рейчъл Грейндж е насочено именно към производството на наноструктури с подобни материали. Тя и екипът ѝ създават нов процес, който позволява литиевият ниобат да се използва за създаването на металещи. Този нов метод комбинира химичен синтез с прецизно наноинженерство.

 

Първите металещи от литиев ниобат

 

Производството на наноструктури от литиев ниобат с конвенционални методи е трудно, тъй като той е изключително стабилен и твърд. Според изследователите разработената от тях техника е подходяща за масово производство. Освен това е рентабилна и по-бърза от други методи за производство на миниатюрни оптични устройства от литиев ниобат.

 

С помощта на новата техника изследователите от ETH успяват да създадат първите металещи от литиев ниобат с прецизно проектирани наноструктури. Функционирайки като нормални лещи, фокусиращи светлината, тези устройства същевременно могат да променят дължината на вълната на лазерната светлина. Когато инфрачервена светлина с дължина на вълната от 800 нанометра премине през металещите, от другата страна излиза видима светлина с дължина на вълната от 400 нанометра и се насочва към определена точка.

 

Магията на преобразуването на светлината, както я нарича Рейчъл Грейндж, е възможна единствено благодарение на специалната структура на ултратънките металещи и изработката им от материал, който позволява т. нар. нелинеен оптичен ефект. Този ефект не се ограничава до определена дължина на вълната на лазерната светлина, което прави процеса изключително функционален в широк кръг от приложения.

 

Възможните приложения

 

Металещите и подобни генериращи холограми наноструктури биха могли да се използват като функции за сигурност, за да станат банкнотите и ценните книжа по-трудни за фалшифициране и за да се гарантира автентичността на произведения на изкуството. Тяхната точна структура е твърде малка, за да може да се види при обикновена светлина, докато свойствата на нелинейните материали позволяват високонадеждна идентификация.

 

Изследователите могат също така да използват прости камери детектори, за да преобразуват и насочват излъчването на лазерна светлина, както и за да направят инфрачервената светлина – например в сензори – видима. Друга потенциална полза е възможността за намаляване на оборудването, необходимо за моделиране на дълбока ултравиолетова светлина в производството на най-съвременни електронни устройства.

 

Изучаването на подобни ултратънки отпични елементи, известни като метаповърхности, е сравнително нов клон на изследванията, при които се срещат физиката, материалознанието и химията. "Все още сме в самото начало и сме много развълнувани да видим какво влияние ще окажат в бъдеще този нов тип рентабилни технологии", споделя Грейндж.

 

Източник: ETH Zurich; Снимка: ETH Zurich/Ü.Talts

Ключови думи: ETH Zurich   оптика   лещи