Pesquisadores da Escola de Física Aplicada e de Engenharia da Universidade Cornell e do Instituto de Tecnologia Avançado da Samsung criaram um metalens pioneiro - uma lente de metamaterial - que pode ser focada usando voltagem em vez de mover mecanicamente seus componentes.

A prova de conceito abre as portas para uma gama de lentes varifocais compactas para possível uso em muitas aplicações de imagem, como satélites, telescópios e microscópios, que tradicionalmente focaliza a luz usando lentes curvas que se ajustam usando peças mecânicas. Em alguns aplicativos, mover lentes de vidro ou plástico tradicionais para variar a distância focal simplesmente não é prático devido ao espaço, considerações de peso ou tamanho.

Metalenses são matrizes planas de nanoantenas ou ressonadores, menos de um mícron de espessura, que atuam como dispositivos de foco. Mas até agora, uma vez que um metalens foi fabricado, seu comprimento focal era difícil de mudar, de acordo com Melissa Bosch, estudante de doutorado e primeiro autor de um artigo detalhando a pesquisa no jornal da American Chemical Society Nano Letras .

A inovação, desenvolvido na colaboração entre pesquisadores da Samsung e Cornell, envolveu a fusão de um metalens com a tecnologia bem estabelecida de cristais líquidos para ajustar a resposta de fase local dos metalens. Isso permitiu aos pesquisadores variar o foco dos metalens de forma controlada, variando a voltagem aplicada ao dispositivo.

"Esta combinação funcionou como esperávamos e previmos que funcionaria, "disse Bosch, que trabalha no laboratório de Gennady Shvets, professor de física aplicada e de engenharia e autor sênior do artigo. "Resultou em um ultrafino, lente eletricamente ajustável com zoom contínuo e até 20% de deslocamento total da distância focal. "

Os pesquisadores da Samsung esperam desenvolver a tecnologia para uso em óculos de realidade aumentada, de acordo com a Bosch. Ela vê muitas outras aplicações possíveis, como a substituição de lentes ópticas em satélites, nave espacial, drones, óculos de visão noturna, endoscópios e outras aplicações onde economizar espaço e peso são prioridades.

Maxim Shcherbakov, associado de pós-doutorado no laboratório Shvets e autor correspondente do artigo, disse que os pesquisadores fizeram progressos no casamento de cristais líquidos com nanoestruturas na última década, mas ninguém aplicou essa ideia às lentes. Agora o grupo planeja continuar o projeto e melhorar as capacidades do protótipo.

"Por exemplo, "Shcherbakov disse, "esta lente funciona em um único comprimento de onda, vermelho, mas será muito mais útil quando funcionar em todo o espectro de cores - vermelho, verde, azul."

O grupo de pesquisa Cornell está agora desenvolvendo uma versão varifocal de comprimento de onda múltiplo dos metalens usando a plataforma existente como ponto de partida.

"O procedimento de otimização para outros comprimentos de onda é muito semelhante ao do vermelho. Em alguns aspectos, a etapa mais difícil já foi concluída, então agora é simplesmente uma questão de desenvolver o trabalho já feito, "Bosch disse.