Sviluppo della prima meta-lente bipolare ultrafluida al mondo riuscito

2013-03-14_EBL

Prof. Dott. Thomas Zentgraf, responsabile del gruppo di lavoro "Nanofotonica ultravelocità" presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Paderborn, e il Dott. Shuang Zhang, responsabile del team presso l'Università di Birmingham, hanno sviluppato congiuntamente la prima lente ultraflessione al mondo per la luce visibile.

A differenza delle tradizionali lenti di vetro levigate, la nuova lente è piatta e estremamente sottile. Ha uno spessore di soli 20-30 nanometri (nm), cioè 0,00002-0,00003 mm. Un capello umano è circa 2.000 volte più spesso in confronto.

La lente è composta da un nuovo tipo di metamateriale, una combinazione di vetro e oro, che ingrandisce o riduce gli oggetti in funzione del tipo di luce incidente, cioè in base al suo stato di polarizzazione. "La meta-lente mostra quale potenziale può essere aperto con materiali ottici innovativi per influenzare la luce in modo molto efficace e mirato," afferma Thomas Zentgraf: "Essa apre nuove possibilità flessibili per la creazione di proprietà materiali speciali, poiché la strutturazione della superficie può essere modificata a piacere."

La meta-lente può essere utilizzata in componenti per la fotonica e, grazie alla sua forma piatta, permette una costruzione molto compatta, ad esempio nei circuiti ottici integrati o nella modellazione del raggio di luce dei LED. Altre applicazioni sono immaginabili in biofisica, ad esempio per la cosiddetta "pinzetta ottica". In questa applicazione, la meta-lente può generare un profilo di fascio luminoso speciale, con cui gli oggetti possono essere "intrappolati" e tenuti fermi. E per lo sviluppo futuro di un computer quantistico, la lente potrebbe assumere il ruolo di transistor, se impiegata come "interruttore di luce".

Il metamateriale della nuova lente è costituito da una struttura artificiale microscopicamente fine. Su un supporto di vetro, vengono prodotti con litografia a fascio di elettroni bastoncini di oro lunghi 100-200 nm. A seconda di come sono orientati, questi bastoncini influenzano la luce incidente come piccole antenne in modo locale diverso. In questo modo si può ottenere l'effetto di una normale lente divergente o convergente. Quando la luce polarizzata circolarmente a destra colpisce la meta-lente, essa agisce come lente convergente. Con la luce polarizzata circolarmente a sinistra, il fascio viene disperso, cioè defocalizzato. La proprietà della meta-lente (convergente o divergente) può quindi essere modificata semplicemente cambiando lo stato di oscillazione della luce, e non è come in una lente classica predefinita.

Poiché la dimensione dei bastoncini d'oro nella lente deve essere adattata al colore, cioè alla lunghezza d'onda della luce utilizzata, le strutture sulla lente sono di conseguenza molto piccole. "Abbiamo testato alla fine dello spettro della luce visibile a circa 700 nm," spiega Thomas Zentgraf: "Qui ci troviamo al limite della tecnologia attualmente possibile con la litografia a fascio di elettroni, ma anche questo si svilupperà."

Il Prof. Dott. Thomas Zentgraf dirige il gruppo di lavoro "Nanofotonica ultravelocità" presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Paderborn ed è membro dell'istituzione scientifica centrale "Center of Optoelectronics and Photonics Paderborn (CeOPP)". Il suo gruppo si occupa dello sviluppo di materiali ottici artificiali e di nuovi concetti per influenzare la propagazione della luce. La pubblicazione originale su internet: http://www.nature.com/ncomms/journal/v3/n11/full/ncomms2207.html