เลนส์เมตาแมทีเรียลอาจกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงในเครื่องมือออปติก

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้สร้างเลนส์ควบแน่นที่แบนและบางเหมือนกระดาษโดยการซ้อน "อิฐนาโน" ของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ที่มีความสูงประมาณ 600 นาโนเมตร เลนส์ประเภทใหม่นี้อาจนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่ปฏิวัติวงการในเครื่องมือทางแสง

เลนส์เป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในอุปกรณ์ออปติกและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด เลนส์แบบดั้งเดิมมักทำจากกระจก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปริมาณและน้ำหนักที่มีอยู่ของมัน เลนส์กระจกมักทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่—ปัญหานี้จะชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อจำเป็นต้องใช้เลนส์หลายตัว

วัสดุเมตา (Metamaterials) มานานแล้วที่เป็นจุดสนใจในการวิจัยภายในสาขาคริสตัลฟอโตนิกส์ (photonic crystals) แก่นแท้ของวัสดุเมตาคือโครงสร้างนาโน (nanostructures) ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสง (wavelength of light) โครงสร้างเหล่านี้สามารถ "มีปฏิสัมพันธ์อย่างสนุกสนาน" กับโฟตอน (photons) ผ่านรูปร่าง ขนาด และการจัดเรียงที่แตกต่างกัน: พวกมันสามารถบล็อก ดูดซับ เสริม หรือหักเหโฟตอนตามที่ต้องการ

จนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม เมตาแมทีเรียลยังไม่ได้ถูกนำไปใช้ในวงการเลนส์ออปติกอย่างแพร่หลาย สาเหตุหลักของเรื่องนี้ (และยังเป็นความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเลนส์เมตาแมทีเรียลและเลนส์กระจก) คือ เมตาแมทีเรียลมีความ "เลือกความยาวคลื่น" สำหรับแสงสูงมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เลนส์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับแสงสีแดงไม่สามารถโฟกัสแสงสีเขียวได้ และในทางกลับกัน นอกจากนี้ การพัฒนาวัสดุที่เหมาะสมสำหรับสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ (ซึ่งสามารถรับรู้ได้โดยตามนุษย์) ได้พิสูจน์แล้วว่าท้าทายอย่างมาก เมตาแมทีเรียลในช่วงแรกส่วนใหญ่เป็นวัสดุพลาสมอนผิวที่มีพื้นฐานจากซิลิคอน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ เอกสารทางวิชาการที่เผยแพร่ในวารสาร *Science* ได้แสดงให้เห็นว่าการประยุกต์ใช้วัสดุเมตาแมทีเรียลในทางปฏิบัตินั้นอยู่ในระยะที่สามารถทำได้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้สร้างเลนส์รวมแสงที่แบนและบางเหมือนกระดาษโดยการซ้อน "อิฐนาโน" ของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) ที่มีความสูงประมาณ 600 นาโนเมตร ไทเทเนียมไดออกไซด์ถูกเลือกเนื่องจากวัสดุนี้ไม่มีการดูดซับแสงที่มองเห็นได้อย่างมีนัยสำคัญ เลนส์เมตาแมทีเรียลนี้มีการขยายที่มีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 170 เท่า และความละเอียดของภาพที่ขยายมีความคล้ายคลึงกับเลนส์กระจกทั่วไป เลนส์ประเภทใหม่นี้อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ปฏิวัติวงการในเครื่องมือทางแสง

อย่างไรก็ตาม เลนส์เมตาแมทีเรียลในปัจจุบันสามารถนำไปใช้ได้เฉพาะในอุปกรณ์ที่ใช้เลเซอร์ (ซึ่งเป็นประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นเดียว) หากสามารถเอาชนะความท้าทายในการจัดการกับความยาวคลื่นผสมได้ในวันหนึ่ง อุปกรณ์ออพติคัลทั้งหมดจะต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรง เมื่อการค้นพบนี้เกิดขึ้น ขนาดของเลนส์ออพติคัลจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ต้นทุนจะลดลงอย่างมาก และความเข้าใจของเราต่ออุปกรณ์ออพติคัลที่มีอยู่ส่วนใหญ่จะต้องเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงเช่นกัน