Na busca pela miniaturização, cientistas do Centro de Física Nanoestruturada Integrada, dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul), em colaboração com pesquisadores da Universidade de Birmingham e do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), desenvolver o tamanho do cartão de crédito, lentes planas com recursos ajustáveis. Esses dispositivos ópticos, feito de grafeno e uma superfície de ouro perfurada, podem se tornar componentes ópticos para aplicações avançadas, como lentes ajustáveis ​​de amplitude, lasers (ou seja, placas de fase de vórtice), e holografia dinâmica.

Metasurfaces são novos materiais 2-D que podem controlar efetivamente os componentes elétricos e magnéticos da luz (e outras ondas eletromagnéticas) e dobrá-los em direções definidas. Controlar a direção do feixe pode trazer à tona fenômenos interessantes; o mais incrível é o "efeito de capa de invisibilidade", onde as ondas de luz contornam um objeto, recriando a imagem além do objeto, como a água corrente em um rio contornaria uma pedra.

Publicado em Materiais Óticos Avançados , o estudo apresenta as propriedades de uma metassuperfície que funciona como uma lente convexa. Especificamente, é feito de uma folha de ouro perfurada com orifícios em forma de U do tamanho de um micrômetro e coberta com grafeno. Como a forma das lentes convexas comuns permite que a luz seja concentrada em um ponto (ou foco), pense em uma lupa que pode concentrar um feixe de luz e até mesmo iniciar um incêndio, assim, o padrão particular das minúsculas aberturas das metalenses funciona focando o feixe de entrada.

Além disso, esses microfuros também podem alterar a polarização da luz. Embora a luz natural geralmente não seja polarizada antes de ser refletida, a equipe usou ondas polarizadas circularmente, isto é um feixe de luz onde a direção do campo elétrico é espiralada em saca-rolhas. Este metalens pode converter a onda de polarização circular esquerda (indo no sentido anti-horário se vista diretamente na frente) em polarização circular direita (sentido horário). Os pesquisadores conseguiram obter uma taxa de conversão de 35 por cento. Converter a polarização circular pode ser útil em vários campos, por exemplo, bio-sensoriamento e telecomunicações.

Para controlar ainda mais propriedades, os cientistas aproveitaram os recursos eletrônicos exclusivos do grafeno e os usaram para ajustar a intensidade ou amplitude do feixe de saída. Aqui, o grafeno desempenha o papel de exposição de uma câmera. No caso da câmera, um controle mecânico permite que um determinado tempo de abertura do obturador e tamanho para determinar a quantidade de luz que entra no instrumento. Em vez disso, essas metalenses, regular a exposição por meio de uma tensão elétrica aplicada à folha de grafeno, sem a necessidade de componentes volumosos. Quando a tensão é aplicada à camada de grafeno, o feixe de saída fica mais fraco. "Usando metalenses, você pode fazer microscópios, máquinas fotográficas, e ferramentas usadas em medições ópticas muito sensíveis, muito mais compacto, "diz Teun-Teun Kim.

As metalenses foram projetadas para um tipo de onda eletromagnética, que fica entre a radiação infravermelha e a radiação de microondas, chamada radiação terahertz. Este tipo de radiação pode passar por alguns materiais (como tecidos e plásticos), mas a uma profundidade menor do que a radiação de microondas, por esta razão, é empregado para vigilância e triagem de segurança.

"Embora as lentes ópticas convencionais tenham uma espessura de vários centímetros a vários milímetros, este metalens tem apenas algumas dezenas de micrômetros de espessura. A intensidade da luz focada pode ser controlada de forma eficaz e pode encontrar aplicações úteis em instrumentos ópticos ultrapequenos, "diz Teun-Teun Kim.