Een onderzoeksteam van de Northwestern University heeft kleine optische elementen ontwikkeld uit metalen nanodeeltjes en een polymeer dat op een dag traditionele refractieve lenzen zou kunnen vervangen om draagbare beeldvormingssystemen en opto-elektronische apparaten te realiseren.

De platte en veelzijdige lens, een soort metalen, heeft een dikte die 100 keer kleiner is dan de breedte van een mensenhaar.

"Deze miniaturisering en integratie met detectoren biedt een belofte voor beeldvorming met hoge resolutie in apparaten van kleine groothoekcamera's tot miniatuur-endoscopen, " zei Teri W. Odom, die het onderzoek leidde. Zij is de Charles E. en Emma H. ​​Morrison hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences en voorzitter van de afdeling scheikunde.

De eigenschappen van metalenses zijn afhankelijk van de rationeel ontworpen opstelling van eenheden op nanoschaal. Metalenses zijn naar voren gekomen als een aantrekkelijke optie voor platte lenzen, maar worden momenteel beperkt door hun statische, as-fabricated eigenschappen en hun complexe en dure fabricage.

Voor beeldbewerkingen zoals zoomen en scherpstellen, echter, de meeste metalenses kunnen hun brandpunten niet aanpassen zonder fysieke beweging. Een belangrijke reden, Odom zei, is dat de bouwstenen van deze lenzen zijn gemaakt van harde materialen die na fabricage niet van vorm kunnen veranderen. Het is in alle materiaalsystemen moeilijk om functies op nanoschaal op aanvraag aan te passen om afstembare focussering in metalenses te verkrijgen.

"In dit onderzoek, we hebben een veelzijdig beeldvormingsplatform gedemonstreerd op basis van volledig herconfigureerbare metalenses gemaakt van zilveren nanodeeltjes, " zei Odom, een lid van Northwestern's International Institute for Nanotechnology. "Tijdens een enkele beeldvormingssessie, ons metalens-apparaat kan evolueren van een lens met één focus naar een multifocale lens die meer dan één afbeelding kan vormen op elke programmeerbare 3D-positie."

De krant, getiteld "Lattice-Resonance Metalenses voor volledig herconfigureerbare beeldvorming, " werd onlangs gepubliceerd door het tijdschrift ACS Nano .

Het Northwestern-team bouwde hun lenzen uit een reeks cilindrische zilveren nanodeeltjes en een laag polymeer met patronen in blokken bovenop de metalen reeks. Door simpelweg de rangschikking van de polymeerpatronen te regelen, de nanodeeltjesarray zou zichtbaar licht naar alle gerichte brandpunten kunnen leiden zonder de nanodeeltjesstructuren te hoeven veranderen.

Met deze schaalbare methode kunnen verschillende lensstructuren worden gemaakt in één stap van wissen en schrijven, zonder merkbare achteruitgang in nanoschaalfuncties na meerdere wis-en-schrijfcycli. De techniek die elk voorgevormd polymeerpatroon kan omvormen tot elk gewenst patroon met behulp van zachte maskers gemaakt van elastomeren.