Le lenti metamateriali potrebbero innescare una trasformazione dirompente negli strumenti ottici

Recentemente, un team di ricerca dell'Università di Harvard ha costruito una lente di condensazione piatta e sottile come la carta impilando "nanobrick" di biossido di titanio (TiO₂) con un'altezza di circa 600 nanometri. Questo nuovo tipo di lente potrebbe portare a un cambiamento rivoluzionario negli strumenti ottici.

Le lenti sono componenti indispensabili in molti strumenti ottici e prodotti elettronici. Le lenti tradizionali sono solitamente realizzate in vetro; tuttavia, a causa del loro volume e peso intrinseci, le lenti in vetro rendono spesso gli strumenti ingombranti—questo problema diventa ancora più pronunciato quando sono necessarie più lenti.

I metamateriali sono da tempo un obiettivo di ricerca chiave nel campo dei cristalli fotonici. L'essenza dei metamateriali risiede nelle loro nanostrutture, la cui dimensione è inferiore alla lunghezza d'onda della luce. Queste strutture possono "interagire in modo giocoso" con i fotoni attraverso diverse forme, dimensioni e disposizioni: possono bloccare, assorbire, migliorare o rifrangere i fotoni secondo necessità.

Fino ad oggi, tuttavia, i metamateriali non sono stati ampiamente applicati nel campo delle lenti ottiche. La ragione principale di ciò (e anche una grande differenza tra le lenti metamateriali e le lenti in vetro) è che i metamateriali sono altamente "selettivi per lunghezza d'onda" per la luce. In altre parole, una lente efficace per la luce rossa non può mettere a fuoco la luce verde, e viceversa. Inoltre, sviluppare materiali adatti allo spettro della luce visibile (percepibile dall'occhio umano) si è rivelato piuttosto impegnativo. I primi metamateriali erano principalmente materiali plasmonici superficiali a base di silicio.

Recentemente, un articolo accademico pubblicato sulla rivista *Science* ha dimostrato che l'applicazione pratica dei metamateriali è ora a portata di mano. Un team di ricerca dell'Università di Harvard ha costruito una lente conduttrice piatta e sottile come la carta impilando "nanobrick" di biossido di titanio (TiO₂) con un'altezza di circa 600 nanometri. Il biossido di titanio è stato scelto principalmente perché questo materiale non presenta un'assorbimento significativo della luce visibile. Questa lente metamateriale vanta un ingrandimento efficace fino a 170 volte, e la risoluzione delle immagini ingrandite è comparabile a quella delle lenti in vetro convenzionali. Questo nuovo tipo di lente potrebbe davvero portare a una trasformazione rivoluzionaria negli strumenti ottici.

Tuttavia, le lenti metamateriali attualmente possono essere applicate solo in strumenti che utilizzano laser (un tipo di onda elettromagnetica con una singola lunghezza d'onda). Se un giorno verrà superata la sfida di gestire lunghezze d'onda composite, tutti gli strumenti ottici subiranno un cambiamento dirompente. Una volta raggiunto questo traguardo, le dimensioni delle lenti ottiche saranno significativamente ridotte, i loro costi diminuiranno drasticamente e la nostra comprensione della maggior parte dei dispositivi ottici esistenti subirà anche una trasformazione dirompente.