นักวิทยาศาสตร์สร้างเลนส์ออพติคัลที่ใช้งานได้จากวัสดุ 2 มิติ
ในด้านทัศนศาสตร์ ยุคของเลนส์กระจกอาจเสื่อมโทรมลง โฆษณา ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์และวิศวกรได้ออกแบบ สร้าง และทดสอบวัสดุบางเฉียบประเภทต่างๆ ที่สามารถแทนที่เลนส์แก้วหนาที่ใช้ในกล้องและระบบภาพในปัจจุบัน ที่สำคัญคือ เลนส์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเหล่านี้ ซึ่งเรียกว่าเมทัล เลนส์ ไม่ได้ทำจากแก้ว แต่จะประกอบด้วยวัสดุที่สร้างขึ้นในระดับนาโนเป็นอาร์เรย์ของคอลัมน์หรือโครงสร้างคล้ายครีบ การก่อตัวเหล่านี้สามารถโต้ตอบกับแสงที่ส่องเข้ามา โดยนำทางไปยังจุดโฟกัสเดียวเพื่อวัตถุประสงค์ในการถ่ายภาพ แม้ว่าเลนส์โลหะจะบางกว่าเลนส์แก้วมาก แต่ก็ยังคงอาศัยโครงสร้าง "อัตราส่วนภาพสูง" ซึ่งโครงสร้างคล้ายเสาหรือครีบจะสูงกว่าส่วนกว้างมาก ทำให้มีโอกาสยุบตัวและล้มลงได้ง่าย ยิ่งไปกว่านั้น โครงสร้างเหล่านี้มักจะอยู่ใกล้ความยาวคลื่นของแสงที่กระทบกับความหนาอยู่เสมอ จนถึงตอนนี้ ในเอกสารที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 8 ตุลาคมในวารสารNano Lettersทีมงานจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันและมหาวิทยาลัยแห่งชาติ Tsing Hua ในไต้หวันประกาศว่า บริษัทได้สร้างโลหะที่ใช้งานได้ซึ่งมีความหนาหนึ่งในสิบถึงครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของ แสงที่พวกเขาโฟกัส โลหะของพวกมันซึ่งสร้างจากวัสดุ 2 มิติหลายชั้น มีความบางถึง 190 นาโนเมตร ซึ่งมีความหนาน้อยกว่า 1 ใน 100,000 ของหนึ่งนิ้ว "นี่เป็นครั้งแรกที่มีคนแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างโลหะจากวัสดุ 2 มิติ" Arka Majumdar ผู้เขียนอาวุโสและผู้ร่วมประสานงานผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของ UW กล่าว หลักการออกแบบของพวกเขาสามารถใช้สำหรับการสร้างโลหะที่มีคุณสมบัติซับซ้อนและปรับแต่งได้ Majumdar ซึ่งเป็นนักวิจัยประจำคณะของ UW's Molecular Engineering & Sciences Institute กล่าวเสริม ทีมงานของ Majumdar ได้ศึกษาหลักการออกแบบของโลหะเป็นเวลาหลายปี และก่อนหน้านี้ได้สร้างโลหะสำหรับการถ่ายภาพสีเต็มรูปแบบ แต่ความท้าทายในโครงการนี้คือการเอาชนะข้อจำกัดการออกแบบโดยธรรมชาติของโลหะ: เพื่อให้วัสดุของเลนส์โลหะมีปฏิสัมพันธ์กับแสงและได้คุณภาพการถ่ายภาพที่เหมาะสมที่สุด วัสดุจะต้องมีความหนาประมาณเท่ากับความยาวคลื่นของแสงในวัสดุนั้น ในแง่คณิตศาสตร์ ข้อจำกัดนี้ช่วยให้แน่ใจว่าช่วงการเลื่อนเฟสจากศูนย์ถึงสองไพเต็มสามารถทำได้ ซึ่งรับประกันว่าองค์ประกอบออปติกใดๆ จะสามารถออกแบบได้ ตัวอย่างเช่น โลหะสำหรับคลื่นแสงขนาด 500 นาโนเมตร ซึ่งในสเปกตรัมการมองเห็นคือแสงสีเขียว จะต้องมีความหนาประมาณ 500 นาโนเมตร แม้ว่าความหนานี้จะลดลงเมื่อดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุเพิ่มขึ้น มาจุมดาร์และทีมงานของเขาสามารถสังเคราะห์โลหะที่ใช้งานได้จริงซึ่งบางกว่าขีดจำกัดทางทฤษฎีนี้มาก คือ 1 ใน 10 ถึง 1 ครึ่งของความยาวคลื่น ประการแรก พวกเขาสร้างโลหะจากแผ่นวัสดุ 2 มิติหลายชั้น ทีมวิจัยใช้วัสดุ 2 มิติที่ศึกษาอย่างกว้างขวาง เช่น โบรอนไนไตรด์รูปหกเหลี่ยมและโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ ชั้นอะตอมชั้นเดียวของวัสดุเหล่านี้ให้การเลื่อนเฟสที่น้อยมาก ไม่เหมาะสำหรับเลนส์ที่มีประสิทธิภาพ ทีมงานจึงใช้เลเยอร์หลายชั้นเพื่อเพิ่มความหนา แม้ว่าความหนาจะยังน้อยเกินไปที่จะเปลี่ยนเฟสแบบสองไพได้เต็มที่ Jiajiu Zheng ผู้เขียนร่วม นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ กล่าวว่า "เราต้องเริ่มต้นด้วยการค้นหาว่าการออกแบบประเภทใดที่จะให้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดเมื่อพิจารณาจากขั้นตอนที่ยังไม่สมบูรณ์" ทีมงานได้ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ซึ่งแต่เดิมคิดค้นขึ้นสำหรับเลนส์แก้วผลึกเหลวเพื่อชดเชยส่วนที่ขาดไป สิ่งเหล่านี้เมื่อรวมกับองค์ประกอบโครงสร้างของโลหะช่วยให้นักวิจัยได้รับประสิทธิภาพสูงแม้ว่าจะไม่ครอบคลุมการเปลี่ยนเฟสทั้งหมด พวกเขาทดสอบประสิทธิภาพของเลนส์โลหะโดยใช้มันเพื่อถ่ายภาพทดสอบต่างๆ รวมถึงภาพโมนาลิซ่าและตัวอักษรบล็อก W ทีมงานยังได้แสดงให้เห็นว่าการยืดเลนส์โลหะสามารถปรับความยาวโฟกัสของเลนส์ได้อย่างไร นอกเหนือจากการบรรลุแนวทางใหม่ทั้งหมดในการออกแบบเลนส์โลหะในระดับที่บางเป็นประวัติการณ์แล้ว ทีมงานเชื่อว่าการทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาในการสร้างอุปกรณ์ใหม่สำหรับการถ่ายภาพและออปติกที่ผลิตจากวัสดุ 2 มิติทั้งหมด "ผลลัพธ์เหล่านี้เปิดแพลตฟอร์มใหม่ทั้งหมดสำหรับการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุ 2 มิติ ตลอดจนการสร้างอุปกรณ์นาโนโฟโตนิกที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ซึ่งทำจากวัสดุเหล่านี้ทั้งหมด" มาจุมดาร์กล่าว นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้สามารถถ่ายโอนได้อย่างง่ายดายบนวัสดุพิมพ์ใดๆ รวมถึงวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่โฟโตนิกส์ที่ยืดหยุ่น
โพสต์โดย : pppp
