Desarrollo de la primera meta-lente bipolar ultrafina del mundo logrado

2013-03-14_EBL

El Prof. Dr. Thomas Zentgraf, director del grupo de trabajo "Nanofotónica ultrarrápida" en el Departamento de Física de la Universidad de Paderborn, y el Dr. Shuang Zhang, líder del equipo en la Universidad de Birmingham, han desarrollado conjuntamente la primera lente ultrafina del mundo para luz visible.

A diferencia de las lentes de vidrio pulido tradicionales, la nueva lente es plana y extremadamente delgada. Tiene solo 20 a 30 nanómetros (nm) de grosor, es decir, 0,00002 a 0,00003 mm. Un cabello humano es aproximadamente 2.000 veces más grueso en comparación.

La lente está hecha de un nuevo tipo de metamaterial, una combinación de vidrio y oro, que amplía o reduce objetos en función del tipo de luz que incide sobre ella, es decir, según su estado de polarización. "La meta-lente muestra qué potencial puede desbloquearse con nuevos materiales ópticos para influir en la luz de manera muy eficaz", dice Thomas Zentgraf. "Abre nuevas posibilidades flexibles para crear propiedades materiales específicas, ya que la estructuración de la superficie puede modificarse de forma arbitraria."

La meta-lente puede utilizarse en componentes para la fotónica y, debido a su forma plana, permite una construcción muy compacta, por ejemplo, en circuitos ópticos integrados o en la formación de haces de luz de diodos emisores de luz. Otras aplicaciones posibles están en la biofísica, por ejemplo, para la llamada "pinza óptica". En esta aplicación, la meta-lente puede generar un perfil de haz de luz especial con el que se pueden "atrapar" y sujetar objetos. Y para futuros desarrollos de una computadora cuántica, la lente podría sustituir el funcionamiento de los transistores, si se utiliza como un "interruptor de luz".

El metamaterial de la nueva lente consiste en una estructura microscópicamente fina fabricada artificialmente. Sobre un sustrato de vidrio, se crean mediante litografía por haz de electrones varillas de oro de 100 a 200 nm de longitud. Dependiendo de cómo estén orientadas estas varillas, afectan la luz incidente como pequeñas antenas que actúan de manera diferente en cada punto. Esto puede lograr el efecto de una lente de dispersión o de concentración convencional. Cuando la luz con polarización circular derecha incide en la meta-lente, esta actúa como una lente convergente. Con polarización circular izquierda, el haz de luz se dispersa, es decir, se desenfoca. La propiedad de la meta-lente (convergente o divergente) puede cambiarse simplemente modificando el estado de vibración de la luz, y no está fija como en una lente clásica.

Debido a que el tamaño de las varillas de oro en la lente debe ajustarse a cada color, es decir, a la longitud de onda de la luz utilizada, las estructuras en la lente son muy pequeñas. "Al final del espectro de la luz visible, alrededor de 700 nm, realizamos pruebas", explica Thomas Zentgraf. "Aquí estamos en el límite de lo que actualmente es tecnológicamente posible con la litografía por haz de electrones, pero esto también evolucionará."

El Prof. Dr. Thomas Zentgraf dirige en el Departamento de Física de la Universidad de Paderborn el grupo de trabajo "Nanofotónica ultrarrápida" y es miembro del Centro de Ciencias "Centro de Optoelectrónica y Fotónica de Paderborn (CeOPP)". Su grupo trabaja en el desarrollo de materiales ópticos artificiales y en nuevos conceptos para influir en la propagación de la luz. La publicación original en internet: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n11/full/ncomms2207.html