Cientistas sugerem novos métodos para agilizar a comercialização da tecnologia metalens
Fabricação em escala de wafer de metalens no infravermelho próximo e uma imagem de alta resolução da epiderme da cebola capturada usando esta tecnologia. Crédito:POSTECH Metalenses, estruturas nanoartificiais capazes de manipular a luz, oferecem uma tecnologia que pode reduzir significativamente o tamanho e a espessura dos componentes ópticos tradicionais. Particularmente eficaz na região do infravermelho próximo, esta tecnologia é uma grande promessa para diversas aplicações, como o LiDAR, chamado de “olhos do carro autônomo”, drones em miniatura e detectores de vasos sanguíneos.
Apesar do seu potencial, a tecnologia atual requer dezenas de milhões de won coreanos para a fabricação de metalens do tamanho de uma unha, o que representa um desafio para a comercialização. Felizmente, um avanço recente mostra a promessa de reduzir o seu custo de produção em um milésimo do preço.
Uma equipe de pesquisa colaborativa (Equipe de Pesquisa de Convergência POSCO-POSTECH-RIST), composta pelo Professor Junsuk Rho do Departamento de Engenharia Mecânica e do Departamento de Engenharia Química e outros da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), propôs dois métodos inovadores para produzir metalenses em massa e fabricá-los em grandes superfícies. A pesquisa deles foi apresentada em Laser &Photonics Reviews .
A fotolitografia, processo empregado na elaboração de metalenses por meio da impressão de padrões em pastilhas de silício usando luz, representa uma etapa em sua fabricação. Normalmente, a resolução da luz é inversamente proporcional ao seu comprimento de onda, o que significa que comprimentos de onda mais curtos resultam em resolução mais alta, permitindo a criação de estruturas mais finas e detalhadas. Nesta pesquisa, a equipe optou pela fotolitografia UV profunda, um processo que utiliza comprimentos de onda mais curtos de luz ultravioleta.
A equipe de pesquisa conseguiu recentemente a produção em massa de metalenses para regiões de luz visível usando fotolitografia ultravioleta profunda, conforme publicado na revista Nature Materials. . No entanto, surgiram desafios à medida que o método existente demonstrou baixa eficiência na região do infravermelho.
Para resolver esta limitação, a equipe desenvolveu um material com alto índice de refração e baixa perda para a região infravermelha. Este material foi integrado ao processo de produção em massa estabelecido, resultando na criação bem-sucedida de metalens infravermelhos de tamanho considerável com diâmetro de 1 cm em um wafer de 8 polegadas.
Notavelmente, a lente possui uma notável abertura numérica (NA) de 0,53, destacando a sua excepcional capacidade de recolha de luz juntamente com a alta resolução que se aproxima do limite de difração. A estrutura cilíndrica torna-o ainda mais independente da polarização, garantindo excelente desempenho independentemente da direção da vibração da luz.
Na segunda abordagem, a equipe empregou a nanoimpressão, processo que permite a impressão de nanoestruturas por meio de um molde. Este processo utilizou o know-how da técnica de nanoimpressão, acumulado através de pesquisas colaborativas com o RIST.
Este esforço foi bem-sucedido, pois a equipe conseguiu produzir em massa metalens com diâmetro de 5 milímetros, composto por cerca de cem milhões de nanoestruturas retangulares em um wafer de 4 polegadas. Notavelmente, esta metalens exibiu um desempenho impressionante, ostentando uma abertura de 0,53. Sua estrutura retangular apresentou propriedades dependentes da polarização, respondendo efetivamente à direção da vibração da luz.
A partir dessa conquista, a equipe integrou um sistema de imagem de alta resolução para observar amostras reais como a epiderme da cebola, validando a possibilidade de comercialização de metalenses.
Esta pesquisa é significativa porque supera as limitações do processo tradicional de produção de metalens um por um. Ele não apenas facilita a criação de dispositivos ópticos com características independentes e dependentes de polarização, adaptados para aplicações específicas, mas também reduz o custo de produção de metalenses em até 1.000 vezes.
O professor Junsuk Rho disse:"Alcançamos a produção precisa e rápida de metalenses de alto desempenho em escala de wafer, atingindo dimensões centimétricas. Nosso objetivo é que esta pesquisa agilize a industrialização de metalenses, promovendo o avanço de dispositivos ópticos eficientes e tecnologias ópticas."
