Op de zoektocht naar miniaturisatie, wetenschappers van het Center for Integrated Nanostructure Physics, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea), in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Birmingham en het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), creditcard-dik ontwikkelen, platte lenzen met instelbare functies. Deze optische apparaten, gemaakt van grafeen en een geperforeerd gouden oppervlak, optische componenten kunnen worden voor geavanceerde toepassingen, zoals amplitude-afstembare lenzen, lasers (d.w.z. vortexfaseplaten), en dynamische holografie.

Metasurfaces zijn nieuwe 2D-materialen die de elektrische en magnetische componenten van licht (en andere elektromagnetische golven) effectief kunnen controleren en in specifieke richtingen kunnen buigen. Het regelen van de richting van de straal kan interessante verschijnselen naar voren brengen; het meest ongelooflijke is het "onzichtbaarheidsmanteleffect", waar lichtgolven een object omzeilen en het beeld buiten het object recreëren, zoals stromend water in een rivier een steen zou omzeilen.

Gepubliceerd in Geavanceerde optische materialen , de studie presenteert de eigenschappen van een meta-oppervlak dat werkt als een bolle lens. specifiek, het is gemaakt van een gouden plaat doorboord met micrometergrote U-vormige gaten en bedekt met grafeen. Omdat de vorm van gewone convexe lenzen het mogelijk maakt om het licht op een plek (of focus) te concentreren, denk aan een vergrootglas dat een lichtstraal kan concentreren en zelfs een vuur kan maken, dus het specifieke patroon van de kleine openingen van de metalenses werkt door de inkomende straal te focussen.

In aanvulling, deze microgaatjes kunnen ook de lichtpolarisatie veranderen. Hoewel natuurlijk licht over het algemeen ongepolariseerd is voordat het wordt gereflecteerd, het team gebruikte circulair gepolariseerde golven, dat is een lichtstraal waarbij de richting van het elektrische veld een spiraalvormige kurkentrekker is. Deze metalens kan de links-circulaire polarisatiegolf (tegen de klok in gaand als deze recht vooraan wordt gezien) omzetten in rechts-circulaire polarisatie (met de klok mee). De onderzoekers wisten een conversieratio van 35 procent te behalen. Het omzetten van circulaire polarisatie kan op een aantal gebieden nuttig zijn, bijvoorbeeld biosensing en telecommunicatie.

Om nog meer eigenschappen te beheren, de wetenschappers maakten gebruik van de unieke elektronische eigenschappen van grafeen en gebruikten deze om de intensiteit of amplitude van de uitgangsstraal af te stemmen. Hier speelt grafeen de rol van de belichting van een camera. In het geval van de camera, een mechanische besturing maakt het mogelijk de openingstijd en grootte van een bepaalde sluiter te bepalen hoeveel licht het instrument binnenkomt. Deze metalenses in plaats daarvan, de blootstelling regelen via een elektrische spanning die op de grafeenplaat wordt uitgeoefend, zonder de noodzaak van omvangrijke componenten. Wanneer er spanning op de grafeenlaag wordt gezet, de uitgangsstraal wordt zwakker. "Met metalenses, je kunt microscopen maken, camera's, en gereedschappen die worden gebruikt bij zeer gevoelige optische metingen, veel compacter, ', zegt Teun-Teun Kim.

De metalenses zijn ontworpen voor een soort elektromagnetische golf, die tussen infraroodstraling en microgolfstraling valt, terahertzstraling genoemd. Dit type straling kan door sommige materialen gaan (zoals stoffen en kunststoffen), maar op een kortere diepte dan microgolfstraling, om deze reden wordt het gebruikt voor surveillance en veiligheidsonderzoek.

"Terwijl conventionele optische lenzen een dikte hebben van enkele centimeters tot enkele millimeters, deze metalens is slechts enkele tientallen micrometers dik. De intensiteit van het gefocuste licht kan effectief worden gecontroleerd en het kan nuttige toepassingen vinden in ultrakleine optische instrumenten, ', zegt Teun-Teun Kim.