Zespół naukowców z Uniwersytetu w Waszyngtonie zaprojektował i przetestował trójwymiarowy metamateriał, który może manipulować światłem z nanoskalową dokładnością. Zaprojektowany przez nich element optyczny skupia światło na pojedynczych punktach w trójwymiarowym, spiralnym wzorze.
Okazuje się, że możliwe jest modelowanie i konstruowanie urządzeń opartych na metamateriałach, które mogą precyzyjnie manipulować polami optycznymi o wysokiej rozdzielczości przestrzennej w 3D. Chociaż zespół badawczy wybrał spiralny wzór do ogniskowania światła, to nowa metoda mogłaby zostać wykorzystana do projektowania elementów optycznych, które kontrolują i ogniskują światło w innych wzorach.
Czytaj też: Najeżkowate inspirują ten hydrofobowy materiał
Uzyskane w ten sposób rozwiązanie mogłoby być wykorzystywane nie tylko do miniaturyzacji obecnych elementów optycznych, takich jak soczewki czy retroreflektory, ale także do tworzenia ich nowych odmian. Ponadto projektowanie pól optycznych w 3D mogłoby umożliwić tworzenie ultra-kompaktowych czujników do autonomicznego transportu. Mowa również o elementach optycznych wyświetlaczy i czujników wykorzystywanych w zestawach słuchawkowych z wirtualną lub rozszerzoną rzeczywistością.
Korzystając z tzw. projektowania odwrotnego autorzy projektu byli w stanie stworzyć metamateriał. Chociaż takie podejście wydaje się proste i pozwala uniknąć wielu problemów, to projektowanie odwrotne nie jest szeroko stosowane w optycznie aktywnych metamateriałach o dużej powierzchni. Jest tak, ponieważ wymaga to dużej liczby symulacji, co sprawia, że projektowanie odwrotne wykorzystuje ogromną ilość obliczeń.
Naukowcy zobrazowali elementy optyczne pod mikroskopem, aby zobaczyć, jak dobrze funkcjonują jako światło ogniskujące o wartości 1 550 lub 3000 nanometrów w ośmiu określonych punktach wzdłuż spiralnego wzoru 3D. Pod mikroskopem najbardziej skupione punkty światła znajdowały się w miejscach przewidzianych przez symulacje. Na przykład w przypadku urządzenia o długości fali 1 550 nanometrów, sześć z ośmiu punktów ogniskowych znajdowało się w przewidywanej pozycji. Pozostałe dwa wykazywały jedynie niewielkie odchylenia.
[Źródło: phys.org; grafika: University of Washington]
Czytaj też: Zaobserwowano jak oddziaływania akustyczne zmieniają materiały na poziomie atomowym
