A sobreposição de duas camadas de filme padronizadas com uma matriz em nanoescala pode manipular a propagação da luz para criar uma lente ultrafina poderosa.

Filmes nanoestruturados ultrafinos que controlam a propagação da luz fornecem uma maneira de integrar componentes ópticos em dispositivos eletrônicos portáteis e vestíveis. Torcer uma pilha de tais filmes oferece um meio simples de controlar seu comportamento e desempenho, Mostra de pesquisa KAUST.

Uma superfície padronizada com uma série de estruturas em escala nanométrica pode alterar as propriedades da luz que passa por ela. Cada elemento da matriz se comporta como uma pequena antena que controla a fase local da luz; essa é a posição relativa da onda de luz em seu ciclo oscilatório. Essas camadas ultrafinas são chamadas de metalenses porque podem focar a luz como um convencional, embora muito mais espesso, lentes de vidro, sendo mais funcional.

"Esta tecnologia pode moldar arbitrariamente a luz pixel a pixel, o que é impossível para lentes convencionais devido às limitações de fabricação, "diz o estudante Ronghui Lin." A tecnologia metalens tem o potencial de substituir os enormes conjuntos de lentes usados ​​em câmeras reflex profissionais por lentes finas como um cartão-postal. "

Um desafio no desenvolvimento de metalenses multifuncionais é sua eficiência limitada. Uma maneira possível de melhorar isso é empilhar os metais. Fazendo isso, Lin e seu supervisor, Xiaohang Li, descobriu que um novo fenômeno pode ser ativado quando um metalens é colocado em cima do outro.

A equipe olhou para um metalens com uma superfície coberta por uma série de aletas ou cilindros com uma seção transversal elíptica. Variando a orientação relativa dessas aletas, a lente pode adicionar uma fase geométrica à luz polarizada circularmente. "Considere a rotação dos ponteiros de um relógio, que voltam ao mesmo lugar todos os dias, "explica Lin." O ângulo de rotação dessas nanofins funciona de maneira semelhante. Quando a luz passa por essas estruturas, sua fase ou 'tempo' é alterado. "O grau de mudança depende da rotação nanofin. Esta é uma ferramenta poderosa para manipular luz polarizada circularmente.

Lin e Li usaram um método matemático chamado simulações no domínio do tempo de diferenças finitas para modelar a propagação da luz em um sistema metalens que compreende dois elementos de fase empilhados. Seus resultados mostraram que torcendo o alinhamento relativo das duas camadas, um fenômeno semelhante ao efeito Moiré pode ser observado (veja a imagem abaixo). A equipe usou esse fenômeno para desenvolver um metalens bifocais com distância focal e razão de intensidade controláveis. "Acreditamos que essa arquitetura metalens multicamadas também pode se aplicar a outros sistemas e alcançar funcionalidades mais complicadas, "diz Lin.