Επιστήμονες ανέπτυξαν τον λεπτότερο φακό που έχει κατασκευαστεί ποτέ, με πάχος μόλις τριών ατόμων, χάρη σε ένα αξιοσημείωτο κβαντικό φαινόμενο. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτός ο καινοτόμος φακός επιτρέπει τη διέλευση των περισσότερων μηκών κύματος του φωτός, γεγονός που τον καθιστά ιδιαίτερα υποσχόμενο για την επικοινωνία μέσω οπτικών ινών και για συσκευές όπως τα γυαλιά επαυξημένης πραγματικότητας.
Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ στην Ολλανδία και το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στις ΗΠΑ πιστεύουν ότι το επίτευγμά τους θα προωθήσει την ανάπτυξη παρόμοιων φακών και μικροσκοπικών ηλεκτρονικών συστημάτων. “Ο φακός μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές όπου η θέαση μέσω του φακού δεν πρέπει να διαταράσσεται, αλλά ένα μικρό μέρος του φωτός μπορεί να αξιοποιηθεί για τη συλλογή πληροφοριών”, εξηγεί ο Jorik van de Groep, νανοεπιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ.
Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς φακούς που κάμπτουν το φως μέσω της διάθλασης, αυτός ο φακός εστιάζει τα εισερχόμενα κύματα χρησιμοποιώντας τη διάθλαση μέσω μιας σειράς αυλακωτών άκρων. Αυτή η τεχνολογία, γνωστή ως φακός Fresnel ή φακός zone plate, χρησιμοποιείται εδώ και αιώνες για τη δημιουργία λεπτών, ελαφρών φακών, όπως αυτοί στους φάρους.
Για να ενισχύσει την τεχνική, η ερευνητική ομάδα χάραξε ομόκεντρους δακτυλίους σε ένα λεπτό στρώμα δισουλφιδίου του βολφραμίου (WS2), ενός ημιαγωγού. Όταν το WS2 απορροφά φως, τα ηλεκτρόνιά του κινούνται με τρόπο που δημιουργεί ένα διάκενο, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί το ίδιο σωματίδιο. Αυτή η σύζευξη του ηλεκτρονίου και της “τρύπας” του σχηματίζει αυτό που είναι γνωστό ως εξιτόνιο. Τα εξιτόνια έχουν ιδιότητες που ενισχύουν την απόδοση εστίασης του φακού για συγκεκριμένα μήκη κύματος, ενώ επιτρέπουν σε άλλα μήκη κύματος να περνούν αναλλοίωτα.
Το μέγεθος και η απόσταση των δακτυλίων επέτρεψαν στον φακό να εστιάσει το κόκκινο φως σε απόσταση 1 χιλιοστού. Η ομάδα διαπίστωσε ότι ενώ ο φακός λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου, η αποτελεσματικότητά του βελτιώνεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. “Τα εξιτόνια είναι πολύ ευαίσθητα στην πυκνότητα του φορτίου στο υλικό και επομένως μπορούμε να αλλάξουμε τον δείκτη διάθλασης του υλικού εφαρμόζοντας μια τάση”, λέει ο van de Groep.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να διεξάγουν περαιτέρω πειράματα για να χειραγωγήσουν τη συμπεριφορά των εξιτονίων, με στόχο να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα και τις δυνατότητες του φακού. Μελλοντικές μελέτες μπορούν να διερευνήσουν οπτικές επιστρώσεις για άλλα υλικά και παραλλαγές στο ηλεκτρικό φορτίο.
