دانشمندان در سوئیس یک لنز فوق‌العاده نازک فلزی توسعه داده‌اند که نور نامرئی فروسرخ را با نصف کردن طول موج آن به نور مرئی تبدیل می‌کند و از الگو‌های نانوسکوپی روی ماده کریستالی ویژه «نیوبات لیتیم» (lithium niobate) بهره می‌برد. این لنز ۴۰ برابر نازکتر از موی انسان است.

به نقل از آی‌ای، این گروه تحقیقاتی به سرپرستی «ریچل گرانج» (Rachel Grange)، استادیار در رشته اپتیک مجتمع و نانوفوتونیک‌های غیرخطی در «موسسه فناوری فدرال زوریخ» (ETH)، نور را به‌گونه‌ای خم و تغییر شکل دادند که پیش از این با لنز‌هایی ۴۰ برابر نازکتر از موی انسان غیرممکن به نظر می‌رسید. این موفقیت، راه را برای ایجاد اجزای نوری جمع‌وجور و با کارایی بالا هموار می‌کند.

این لنز جدید می‌تواند مانند یک لنز شیشه‌ای نور را متمرکز کند و طول موج نور ورودی را نصف کند و نور فروسرخ را به طیف مرئی منتقل کند. طبق گفته تیم تحقیقاتی، این پیشرفت می‌تواند فناوری‌های مبتنی بر فروسرخ از جمله دید در شب و تصویربرداری حرارتی را به‌طرز قابل‌توجهی کوچکتر، مقرون به صرفه‌تر و آسان‌تر کند.

بازنگری قوانین فروسرخ

این لنز از «نیوبات لیتیوم» ساخته شده است که ماده‌ای فلزی-اکسیدی است که در مخابرات برای تبدیل سیگنال‌ها بین فرمت‌های الکترونیکی و نوری استفاده می‌شود. این لنز پیشگام به یک روش جدید برای شکل‌دهی ماده در مقیاس نانو متکی است. برای این تحقیق، «گرانج» و تیمش روشی ایجاد کردند که تلفیق شیمیایی را با مهندسی نانوی دقیق ترکیب می‌کند.

«اوله-لیندا تالتس» (Ülle-Linda Talts) دانشجوی دکترا در «ETH» گفت: این محلول حاوی پیش‌ساز‌های کریستال‌های «نیوبات لیتیوم» است که می‌تواند در حالت مایع مهر و موم شود. هنگامی که دما به ۱۱۱۲ درجه فارنهایت برسد، مواد مهر و موم شده به یک ساختار کریستالی با خواص نوری بی‌نظیر تبدیل می‌شود.

تولید نانوساختار‌های «نیوبات لیتیوم» با استفاده از روش‌های سنتی چالش‌برانگیز است. این فناوری به دلیل پایداری بی‌نظیر این ماده برای تولید انبوه مناسب است، زیرا قالب معکوس با قابلیت استفاده مجدد، باعث تسریع و بهینه‌سازی فرآیند ساخت می‌شود.

تجربیات آزمایشگاهی انجام‌شده توسط این تیم نشان داد که این لنز می‌تواند نور لیزر فروسرخ با طول موج ۸۰۰ نانومتر را بگیرد و آن را به نور بنفش مرئی در طول موج ۴۰۰ نانومتر تبدیل و آن را در یک نقطه متمرکز کند.

راه‌حل پیشگامانه

پژوهشگران اشاره کردند که این فناوری می‌تواند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. «فرالنزها» (metalenses) و نانوساختار‌های تولیدکننده هولوگرام می‌توانند به‌عنوان خواص امنیتی در اسکناس‌ها عمل کنند و از ساختار منحصر‌به‌فرد و خواص تبدیل نور خود برای کمک به تأیید اعتبار استفاده کنند.

به گفته تیم تحقیقاتی، این فناوری می‌تواند تجهیزات «چاپ سنگی» (lithography) با پرتو فرابنفش را ساده‌تر و کارآمدتر کند تا نسل بعدی نیمه‌رسانا‌ها را در تولید بسازد و منجر به سامانه‌های تصویربرداری کوچکتر و قوی‌تر در علم و پزشکی شود. توسعه عناصر نوری فوق‌العاده نازک، زمینه‌ای جدید در مطالعات است که در برخورد علم فیزیک، مواد و شیمی ظهور یافته است.

گرانج در یک بیانیه مطبوعاتی خاطرنشان کرد: ما هنوز کاربرد‌های دیگر این فناوری جدید و مقرون به‌صرفه را کشف نکرده‌ایم و بسیار هیجان‌زده‌ایم که ببینیم این نوع فناوری چه تأثیری در آینده خواهد داشت.

این مطالعه در مجله Materials Advanced منتشر شده است.