Le lenti in vetro curvo funzionano perché la luce viene rifratta (piegata) quando entra nel vetro e di nuovo quando esce, facendo apparire le cose più grandi o più vicine di quanto non siano in realtà. Da più di due millenni le persone utilizzano lenti curve per studiare i movimenti di pianeti e stelle distanti, per rivelare minuscoli microrganismi e per migliorare la vista.

Ludovico Guarneri, Thomas Bauer e Jorik van de Groep dell'Università di Amsterdam, insieme ai colleghi dell'Università di Stanford in California, hanno adottato un approccio diverso. Utilizzando un singolo strato di un materiale unico chiamato disolfuro di tungsteno (WS₂ in breve), hanno costruito una lente piatta larga mezzo millimetro, ma spessa solo 0,0000006 millimetri, o 0,6 nanometri. Ciò la rende la lente più sottile sulla Terra.

Invece di basarsi su una forma curva, la lente è costituita da anelli concentrici di WS₂ con spazi intermedi. Questa è chiamata "lente di Fresnel" o "lente a piastra di zona" e focalizza la luce utilizzando la diffrazione anziché la rifrazione. La dimensione e la distanza tra gli anelli (rispetto alla lunghezza d'onda della luce che li colpisce) determina la lunghezza focale dell'obiettivo. Il design utilizzato qui focalizza la luce rossa a 1 mm dall'obiettivo.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nano Letters .

Miglioramento quantistico

Una caratteristica unica di questo obiettivo è che la sua efficienza di messa a fuoco si basa su effetti quantistici all'interno di WS₂ . Questi effetti consentono al materiale di assorbire e riemettere in modo efficiente la luce a lunghezze d'onda specifiche, conferendo all'obiettivo la capacità incorporata di funzionare meglio per queste lunghezze d'onda.

Questo miglioramento quantistico funziona come segue. Innanzitutto, WS₂ assorbe la luce inviando un elettrone a un livello energetico più elevato. A causa della struttura ultrasottile del materiale, l'elettrone carico negativamente e il "buco" carico positivamente che lascia nel reticolo atomico rimangono legati insieme dall'attrazione elettrostatica tra loro, formando quello che è noto come "eccitone". /P>

Questi eccitoni scompaiono di nuovo rapidamente perché l'elettrone e la lacuna si fondono insieme ed emettono luce. Questa luce riemessa contribuisce all'efficienza dell'obiettivo.

Gli scienziati hanno rilevato un chiaro picco nell’efficienza delle lenti per le specifiche lunghezze d’onda della luce emesse dagli eccitoni. Mentre l'effetto è già osservabile a temperatura ambiente, le lenti sono ancora più efficaci una volta raffreddate. Questo perché gli eccitoni svolgono meglio il loro lavoro a temperature più basse.

Realtà aumentata

Un'altra delle caratteristiche uniche dell'obiettivo è che, mentre parte della luce che lo attraversa costituisce un punto focale luminoso, la maggior parte della luce passa senza essere influenzata. Anche se questo può sembrare uno svantaggio, in realtà apre nuove porte per l'utilizzo nella tecnologia del futuro.

"L'obiettivo può essere utilizzato in applicazioni in cui la vista attraverso l'obiettivo non deve essere disturbata, ma una piccola parte della luce può essere sfruttata per raccogliere informazioni. Ciò lo rende perfetto per occhiali indossabili come per la realtà aumentata", spiega Jorik van de Groep, uno degli autori dell'articolo.

I ricercatori stanno ora puntando alla progettazione e alla sperimentazione di rivestimenti ottici più complessi e multifunzionali la cui funzione (come la messa a fuoco della luce) può essere regolata elettricamente.

"Gli eccitoni sono molto sensibili alla densità di carica nel materiale e quindi possiamo modificare l'indice di rifrazione del materiale applicando una tensione", afferma Van de Groep.