Por mais de 500 anos, os humanos dominaram a arte de refratar a luz transformando o vidro em lentes, em seguida, dobrar ou combinar essas lentes para amplificar e clarificar as imagens tanto de perto como de longe.

Mas na última década ou assim, um grupo liderado pelo cientista Federico Capasso da Universidade de Harvard começou a transformar o campo da óptica por metassuperfícies de óptica plana de engenharia, empregando uma série de milhões de minúsculos pilares de quartzo microscopicamente finos e transparentes para difratar e moldar o fluxo de luz da mesma forma que uma lente de vidro, mas sem as aberrações que naturalmente limitam o vidro.

A tecnologia foi selecionada entre as 10 principais tecnologias emergentes pelo Fórum Econômico Mundial (WEF) em 2019, que observou que estes cada vez menores, lentes mais claras logo começariam a ser vistas em telefones com câmera, sensores, linhas de fibra óptica e dispositivos de imagens médicas, como endoscópios.

"Fazendo as lentes usadas por telefones celulares, computadores e outros dispositivos eletrônicos menores estão além das capacidades de corte de vidro tradicional e técnicas de curvatura de vidro, "de acordo com o WEF." ... Esses minúsculos, afinar, as lentes planas podem substituir as volumosas lentes de vidro existentes e permitir a miniaturização de sensores e dispositivos de imagens médicas. "

Tornando metalenses 'reconfiguráveis'

Agora, O professor de física da Case Western Reserve University, Giuseppe Strangi, e colaboradores em Harvard deram um passo no sentido de tornar essas "metalenses" ainda mais úteis - tornando-as reconfiguráveis.

Eles fizeram isso aproveitando as forças da nanoescala para infiltrar os cristais líquidos entre os pilares microscópicos, permitindo que eles moldem e difratem a luz de maneiras completamente novas - "ajustando" o poder de foco, Strangi disse.

Os cristais líquidos são especialmente úteis porque podem ser manipulados termicamente, eletricamente, magneticamente ou opticamente, que cria o potencial para lentes flexíveis ou reconfiguráveis.

"Acreditamos que isso representa a promessa de revolucionar a ótica como a conhecemos desde o século 16, "disse Strangi, cujo Nanoplasm Lab na Case Western Reserve investiga "ótica extrema" e a "interação de luz e matéria em nanoescala, "entre outros assuntos.

Até recentemente, uma vez que uma lente de vidro foi moldada em uma curva rígida, só poderia dobrar a luz de uma maneira, a menos que combinado com outras lentes ou movido fisicamente, Strangi disse.

Metalenses mudou isso, uma vez que permitem projetar a frente de onda controlando a fase, amplitude e polarização da luz.

Agora, controlando o cristal líquido, os pesquisadores conseguiram mover essa nova classe de metalenses em direção a novos esforços científicos e tecnológicos para gerar luz estruturada reconfigurável.

"Este é apenas o primeiro passo, mas existem muitas possibilidades de usar essas lentes, e já fomos contactados por empresas interessadas nesta tecnologia, "Strangi disse.

O jornal anunciando o avanço foi publicado no início de agosto pelos Proceedings of the Academia Nacional de Ciências .

Strangi colaborou com vários outros pesquisadores nos Estados Unidos e na Europa, incluindo colegas pesquisadores da Case Western Reserve, Andrew Lininger e Jonathan Boyd; Giovanna Palermo da Universita 'della Calabria na Itália; e Capasso, Alexander Zhu e Joon-Suh Park, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson da Universidade de Harvard.

Lininger disse que parte do problema com as aplicações atuais de metassuperfícies é que sua forma é fixa no ponto de produção, mas "ao permitir a reconfigurabilidade na metassuperfície, essas limitações podem ser superadas. "

Capasso, que foi pioneiro no campo de pesquisa de ótica plana e em 2014 publicou pela primeira vez pesquisas sobre metalenses, Strangi creditou a ideia de infiltrar as metalenses com cristais líquidos e disse que essa inovação representa um passo em direção a coisas ainda maiores.

"Nossa capacidade de se infiltrar reproduzivelmente com cristais líquidos metalenses de última geração feitos de mais de 150 milhões de pilares de vidro de diâmetro em nanoescala e alterar significativamente suas propriedades de focalização é um presságio da ciência e tecnologia empolgantes que espero advir da óptica plana reconfigurável no futuro, "Capasso disse.