لنزهای متاماده ممکن است تحولی مخرب در ابزارهای نوری ایجاد کنند

به تازگی یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هاروارد یک لنز کاندنسور تخت و کاغذی با ضخامت حدود 600 نانومتر از "نانوبریک" های دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) ساخته است. این نوع جدید لنز ممکن است تغییرات انقلابی در ابزارهای نوری به ارمغان آورد.

لنزها اجزای ضروری در بسیاری از ابزارهای نوری و محصولات الکترونیکی هستند. لنزهای سنتی معمولاً از شیشه ساخته می‌شوند؛ با این حال، به دلیل حجم و وزن ذاتی خود، لنزهای شیشه‌ای اغلب ابزارها را حجیم می‌کنند—این مشکل زمانی که چندین لنز مورد نیاز است، حتی بیشتر مشهود می‌شود.

متامواد مدت‌هاست که یک تمرکز کلیدی تحقیق در زمینه بلورهای فوتونیک بوده‌اند. جوهر متامواد در نانوساختارهای آن‌ها نهفته است که اندازه آن‌ها کوچکتر از طول موج نور است. این ساختارها می‌توانند به طور "بازیگوشانه" با فوتون‌ها از طریق اشکال، اندازه‌ها و آرایش‌های مختلف تعامل داشته باشند: آن‌ها می‌توانند فوتون‌ها را به دلخواه مسدود، جذب، تقویت یا انکسار کنند.

تا به امروز، با این حال، متامواد به طور گسترده‌ای در زمینه لنزهای نوری به کار نرفته‌اند. دلیل اصلی این موضوع (و همچنین تفاوت عمده بین لنزهای متاماده و لنزهای شیشه‌ای) این است که متامواد برای نور بسیار "انتخابی بر اساس طول موج" هستند. به عبارت دیگر، لنزی که برای نور قرمز مؤثر است نمی‌تواند نور سبز را متمرکز کند و بالعکس. علاوه بر این، توسعه مواد مناسب برای طیف نور مرئی (قابل درک توسط چشم انسان) به طور قابل توجهی چالش‌برانگیز بوده است. متامواد اولیه عمدتاً مواد پلاسمون سطحی مبتنی بر سیلیکون بودند.

به تازگی، یک مقاله علمی منتشر شده در مجله *Science* نشان داده است که کاربرد عملی متامواد اکنون در دسترس است. یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هاروارد یک لنز کاندانسینگ تخت و نازک به اندازه کاغذ با انباشتن "نانوبریک" های دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) با ارتفاع تقریبی 600 نانومتر ساخته است. دی‌اکسید تیتانیوم عمدتاً به این دلیل انتخاب شده است که این ماده هیچ جذب قابل توجهی از نور مرئی ندارد. این لنز متاماده دارای بزرگنمایی مؤثر تا 170 برابر است و وضوح تصاویر بزرگ‌شده قابل مقایسه با لنزهای شیشه‌ای معمولی است. این نوع جدید لنز ممکن است واقعاً تحولی انقلابی در ابزارهای نوری به ارمغان آورد.

با این حال، لنزهای متاماده در حال حاضر تنها می‌توانند در ابزارهایی که از لیزرها (نوعی موج الکترومغناطیسی با طول موج واحد) استفاده می‌کنند، به کار گرفته شوند. اگر روزی چالش مدیریت طول موج‌های ترکیبی برطرف شود، تمام ابزارهای نوری دچار تغییرات انقلابی خواهند شد. به محض اینکه این پیشرفت حاصل شود، اندازه لنزهای نوری به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت، هزینه‌های آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد و درک ما از اکثر دستگاه‌های نوری موجود نیز دچار تحول انقلابی خواهد شد.