La sovrapposizione di due strati di pellicola modellati con un array su nanoscala può manipolare la propagazione della luce per creare una potente lente ultrasottile.

I film nanostrutturati ultrasottili che controllano la propagazione della luce forniscono un modo per integrare componenti ottici in dispositivi elettronici portatili e indossabili. Torcere una pila di tali film offre un mezzo semplice per controllarne il comportamento e le prestazioni, La ricerca KAUST mostra.

Una superficie modellata con una serie di strutture su scala nanometrica può modificare le proprietà della luce che la attraversa. Ogni elemento dell'array si comporta come una minuscola antenna che controlla la fase locale della luce; questa è la posizione relativa dell'onda luminosa nel suo ciclo oscillatorio. Questi strati ultrasottili sono chiamati metalenses perché possono focalizzare la luce proprio come un convenzionale, anche se molto più spessa, lente di vetro, pur essendo più funzionale.

"Questa tecnologia può modellare arbitrariamente la luce pixel per pixel, che è impossibile per gli obiettivi convenzionali a causa dei limiti di fabbricazione, " dice lo studente laureato Ronghui Lin. "La tecnologia metalens ha il potenziale per sostituire gli enormi gruppi di obiettivi utilizzati nelle fotocamere reflex professionali con un obiettivo sottile come una cartolina".

Una sfida nello sviluppo di metalli multifunzionali è la loro limitata efficienza. Un modo possibile per migliorare questo è impilare i metalli. Facendo questo, Lin e il suo supervisore, Xiaohang Li, scoperto che un nuovo fenomeno può essere attivato quando un metalens viene sovrapposto all'altro.

Il team ha esaminato un metallo con una superficie coperta da una serie di alette o cilindri con una sezione trasversale ellittica. Variando l'orientamento relativo di queste alette, l'obiettivo può aggiungere una fase geometrica alla luce polarizzata circolarmente in ingresso. "Considera la rotazione delle lancette di un orologio, che tornano ogni giorno nello stesso posto, " spiega Lin. "L'angolo di rotazione di queste nanopinne funziona in modo simile. Quando la luce passa attraverso queste strutture, la sua fase o 'tempo' è cambiata." Il grado di cambiamento dipende dalla rotazione delle nanopinne. Questo è un potente strumento per manipolare la luce polarizzata circolarmente.

Lin e Li hanno utilizzato un metodo matematico chiamato simulazioni nel dominio del tempo a differenze finite per modellare la propagazione della luce in un sistema metalens composto da due elementi di fase impilati. I loro risultati hanno mostrato che torcendo l'allineamento relativo dei due strati, si può osservare un fenomeno simile all'effetto Moiré (vedi immagine sotto). Il team ha utilizzato questo fenomeno per sviluppare un metallo bifocale con lunghezza focale e rapporto di intensità controllabili. "Riteniamo che questa architettura multistrato in metallo potrebbe applicarsi anche ad altri sistemi e ottenere funzionalità più complicate, "dice Lin.