Een nieuw type metalen kan conventionele refractieve lenzen vervangen

• Onderzoekers hebben metalenses van de volgende generatie bedacht, gemaakt van metalen nanodeeltjes en een polymeer.
• Het heeft het potentieel om conventionele refractieve lenzen te vervangen om opto-elektronische apparaten en draagbare beeldvormingssystemen te realiseren.

Kleine optische elementen worden gebruikt in een verscheidenheid aan beeldvormende instrumenten, variërend van groothoekcamera's tot multifunctionele endoscopen. Metalenses zijn een van de opkomende platforms voor dergelijke compacte optische elementen.

Metalenses worden echter beperkt door hun eigenschappen en hun ingewikkelde en dure fabricage. Ze kunnen niet gemakkelijk driedimensionale objecten in beeld brengen of hun brandpunten aanpassen zonder fysieke beweging.

Omdat bouwstenen van metalenses zijn gemaakt van harde materialen, kunnen ze de vorm niet veranderen als ze eenmaal zijn gefabriceerd. In alle materiaalsystemen is het erg moeilijk om functies op nanoschaal op aanvraag te configureren om instelbare focus in metalenses te bereiken.

En daarom hebben onderzoekers van de Northwestern University de volgende generatie metalenses bedacht, gemaakt van metalen nanodeeltjes en een polymeer dat de potentie heeft om conventionele refractieve lenzen te vervangen om opto-elektronische apparaten en draagbare beeldvormingssystemen te realiseren.

Waar zijn metalen van gemaakt?

Het veelzijdige beeldvormingsplatform dat in deze studie is ontwikkeld, is gebaseerd op volledig herconfigureerbare metalenses gemaakt van zilveren nanodeeltjes. Het kan tijdens elke beeldsessie overgaan van een enkele focuslens naar een multifocale lens, waarbij twee of meer beelden worden gevormd op een bepaalde programmeerbare 3D-locatie.

Referentie:ACS Nano | doi:10.1021/acsnano.9b00651 | Northwestern University

Om deze lenzen te maken, gebruikten onderzoekers een reeks cilindrische zilveren nanodeeltjes en een vel polymeer dat in blokken was gerangschikt bovenop de metalen reeks. Men kan eenvoudig de rangschikking van deze blokken regelen, waardoor de reeks nanodeeltjes het licht op elk (de) focuspunt(en) richt zonder de structuur van het nanodeeltje te veranderen.

Lattice resonanties maakten herconfigureerbare metalenses mogelijk voor beeldvorming | Met dank aan onderzoekers 

De bovenstaande afbeelding toont metalens-architectuur op basis van twee soorten fase-elementen in een vierkant rooster:zilveren nanodeeltjes blootgesteld aan lucht en identieke nanodeeltjes bedekt door een dun diëlektrisch blok.

Onderzoekers gebruikten een roosterevolutie-algoritme om oppervlakteroosterresonantie metalenses voor gerichte foci te ontwikkelen door de rangschikking van de twee bouwstenen af ​​te stemmen op elektrische veldgegevens gemeten door eindige verschiltijddomeinsimulaties. Figuur b laat zien dat metalens kan worden herschikt door solvent-assisted nanoscale embossing (SANE).

Lezen:Nieuwe microscoop maakt het mogelijk om magnetisme te visualiseren

Deze flexibele techniek stelt fabrikanten in staat om talrijke lensstructuren te produceren in een enkele stap van wissen en schrijven, zonder de eigenschappen ervan te verslechteren na verschillende wissen-schrijfcycli. Het kan ook eerder gevormd polymeer herstructureren in een ander doelpatroon via zachte elastomeermaskers.