Alla ricerca della miniaturizzazione, scienziati del Center for Integrated Nanostructure Physics, all'interno dell'Istituto per le Scienze di Base (IBS, Corea del Sud), in collaborazione con ricercatori dell'Università di Birmingham e del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), sviluppare lo spessore della carta di credito, lenti piatte con caratteristiche sintonizzabili. Questi dispositivi ottici, fatto di grafene e una superficie d'oro perforata, potrebbero diventare componenti ottici per applicazioni avanzate, come lenti regolabili in ampiezza, laser (cioè piastre di fase a vortice), e olografia dinamica.

Le metasuperfici sono nuovi materiali 2-D che possono controllare efficacemente i componenti elettrici e magnetici della luce (e altre onde elettromagnetiche) e piegarli in direzioni prestabilite. Il controllo della direzione del raggio può far emergere fenomeni interessanti; il più incredibile è l'"effetto mantello dell'invisibilità", dove le onde luminose aggirano un oggetto ricreando l'immagine oltre l'oggetto, come l'acqua che scorre in un fiume aggirerebbe una pietra.

Pubblicato in Materiali ottici avanzati , lo studio presenta le proprietà di una metasuperficie che funziona come una lente convessa. Nello specifico, è costituito da una lamina d'oro traforata con fori a forma di U di dimensioni micrometriche e ricoperta di grafene. Poiché la forma delle comuni lenti convesse consente di concentrare la luce su un punto (o fuoco), pensa a una lente d'ingrandimento che può concentrare un raggio di luce e persino accendere un fuoco, quindi il particolare disegno delle minuscole aperture dei metalenses funziona focalizzando il raggio in arrivo.

Inoltre, questi microfori possono anche modificare la polarizzazione della luce. Mentre la luce naturale è generalmente non polarizzata prima di essere riflessa, il team ha utilizzato onde polarizzate circolarmente, cioè un raggio di luce dove la direzione del campo elettrico è spiraliforme a cavatappi. Questo metallo può convertire l'onda di polarizzazione circolare sinistra (in senso antiorario se vista di fronte) in polarizzazione circolare destra (in senso orario). I ricercatori sono riusciti a ottenere un tasso di conversione del 35 percento. La conversione della polarizzazione circolare potrebbe essere utile in diversi campi, per esempio biosensori e telecomunicazioni.

Per controllare ancora più proprietà, gli scienziati hanno sfruttato le caratteristiche elettroniche uniche del grafene e le hanno utilizzate per regolare l'intensità o l'ampiezza del raggio di uscita. Qui il grafene svolge il ruolo dell'esposizione di una macchina fotografica. Nel caso della fotocamera, un controllo meccanico consente di determinare il tempo di apertura e la dimensione di un determinato otturatore per determinare la quantità di luce che entra nello strumento. Questi metalensi invece, regolare l'esposizione tramite una tensione elettrica applicata al foglio di grafene, senza la necessità di componenti ingombranti. Quando la tensione viene applicata allo strato di grafene, il raggio di uscita diventa più debole. "Usando i metalensi, puoi fare microscopi, macchine fotografiche, e strumenti utilizzati in misurazioni ottiche molto sensibili, molto più compatto, " dice Teun-Teun Kim.

I metalenses sono stati progettati per un tipo di onda elettromagnetica, che cade tra la radiazione infrarossa e la radiazione a microonde, chiamata radiazione terahertz. Questo tipo di radiazione può passare attraverso alcuni materiali (come tessuti e plastiche), ma a una profondità minore della radiazione a microonde, per questo motivo viene impiegato per la sorveglianza e lo screening di sicurezza.

"Mentre le lenti ottiche convenzionali hanno uno spessore da diversi centimetri a diversi millimetri, questo metalens ha uno spessore di poche decine di micrometri. L'intensità della luce focalizzata può essere controllata efficacemente e potrebbe trovare utili applicazioni in strumenti ottici ultra-piccoli, " dice Teun-Teun Kim.