Nonostante il suo potenziale, l’attuale tecnologia richiede decine di milioni di won coreani per fabbricare un metallo delle dimensioni di un’unghia, rappresentando una sfida per la commercializzazione. Fortunatamente, una recente scoperta promette di ridurre i costi di produzione di un millesimo del prezzo.

Un gruppo di ricerca collaborativo (POSCO-POSTECH-RIST Convergence Research Team), composto dal professor Junsuk Rho del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e del Dipartimento di Ingegneria Chimica e altri presso l'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH), ha proposto due metodi innovativi per metallenti per la produzione in serie e la loro fabbricazione su grandi superfici. La loro ricerca è stata pubblicata in Laser &Photonics Reviews .

La fotolitografia, un processo impiegato nella realizzazione di metalli, imprimendo motivi su wafer di silicio utilizzando la luce, costituisce una fase della loro fabbricazione. Tipicamente, la risoluzione della luce è inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda, il che significa che lunghezze d'onda più corte determinano una risoluzione più elevata, consentendo la creazione di strutture più fini e dettagliate. In questa ricerca, il team ha optato per la fotolitografia UV profonda, un processo che utilizza lunghezze d'onda più corte della luce ultravioletta.

Il gruppo di ricerca ha recentemente ottenuto la produzione in serie di metalensi per la regione della luce visibile utilizzando la fotolitografia ultravioletta profonda, come pubblicato su Nature Materials . Tuttavia, sono emerse delle sfide poiché il metodo esistente ha dimostrato una bassa efficienza nella regione dell'infrarosso.

Per risolvere questa limitazione, il team ha sviluppato un materiale con un elevato indice di rifrazione e una bassa perdita per la regione dell'infrarosso. Questo materiale è stato integrato nel processo di produzione di massa stabilito, dando vita alla creazione di un metallo a infrarossi di dimensioni considerevoli con un diametro di 1 cm su un wafer da 8 pollici.

In particolare, l'obiettivo vanta una notevole apertura numerica (NA) di 0,53, evidenziando la sua eccezionale capacità di raccolta della luce insieme all'alta risoluzione che si avvicina al limite di diffrazione. La struttura cilindrica lo rende inoltre indipendente dalla polarizzazione, garantendo ottime prestazioni indipendentemente dalla direzione delle vibrazioni della luce.

Nel secondo approccio, il team ha utilizzato il nanoimprinting, un processo che consente la stampa di nanostrutture utilizzando uno stampo. Questo processo ha utilizzato il know-how della tecnica della nanoimpronta, accumulato attraverso la ricerca collaborativa con RIST.

Questo sforzo si è rivelato vincente poiché il team è riuscito a produrre in serie un metallo con un diametro di 5 millimetri, composto da circa cento milioni di nanostrutture rettangolari su un wafer da 4 pollici. In particolare, questo metallo ha mostrato prestazioni impressionanti, vantando un'apertura di 0,53. La sua struttura rettangolare mostrava proprietà dipendenti dalla polarizzazione, rispondendo efficacemente alla direzione della vibrazione della luce.

Basandosi su questo risultato, il team ha integrato un sistema di imaging ad alta risoluzione per osservare campioni reali come l'epidermide della cipolla, convalidando la possibilità di commercializzare i metalensi.

Questa ricerca è importante poiché supera i limiti del tradizionale processo di produzione dei metalli uno per uno. Non solo facilita la creazione di dispositivi ottici con caratteristiche sia dipendenti che indipendenti dalla polarizzazione su misura per applicazioni specifiche, ma riduce anche il costo di produzione delle metallenti fino a 1.000 volte.

Il professor Junsuk Rho ha dichiarato:"Abbiamo raggiunto la produzione rapida e precisa di metallenti ad alte prestazioni su scala wafer, raggiungendo dimensioni centimetriche. Il nostro obiettivo è che questa ricerca acceleri l'industrializzazione delle metallenti, favorendo il progresso di dispositivi ottici efficienti e tecnologie ottiche."