En forskargrupp från Northwestern University har utvecklat små optiska element från metallnanopartiklar och en polymer som en dag skulle kunna ersätta traditionella refraktiva linser för att realisera bärbara bildsystem och optoelektroniska enheter.

Den platta och mångsidiga linsen, en typ av metalens, har en tjocklek som är 100 gånger mindre än bredden på ett människohår.

"Denna miniatyrisering och integration med detektorer erbjuder löfte om högupplöst bildbehandling i enheter från små vidvinkelkameror till miniatyrendoskop, " sa Teri W. Odom, som ledde forskningen. Hon är Charles E. och Emma H. ​​Morrison professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences och ordförande för avdelningen för kemi.

Egenskaperna hos metalenses beror på det rationellt utformade arrangemanget av enheter i nanoskala. Metalenses har dykt upp som ett attraktivt alternativ för platta linser men är för närvarande begränsade av deras statiska, fabriksfastigheter och deras komplexa och dyra tillverkning.

För bildoperationer som zoomning och fokusering, dock, de flesta metalenses kan inte justera sina brännpunkter utan fysisk rörelse. En viktig anledning, Odom sa, är att byggstenarna i dessa linser är gjorda av hårda material som inte kan ändra form när de väl är tillverkade. Det är svårt i alla materialsystem att justera funktioner i nanoskala efter behov för att få inställbar fokusering i metallen.

"I den här studien, vi demonstrerade en mångsidig bildplattform baserad på helt omkonfigurerbara metalenses gjorda av silvernanopartiklar, sade Odom, medlem av Northwesterns International Institute for Nanotechnology. "Under en enda bildbehandlingssession, vår metalens-enhet kan utvecklas från en enkelfokuslins till en multifokallins som kan bilda mer än en bild i valfri programmerbar 3D-position."

Pappret, med titeln "Lattice-Resonance Metalenses for Fully Reconfigurable Imaging, " publicerades nyligen av tidskriften ACS Nano .

Northwestern-teamet byggde sina linser av en rad cylindriska silvernanopartiklar och ett lager av polymer mönstrade till block ovanpå metallarrayen. Genom att helt enkelt kontrollera arrangemanget av polymermönstren, nanopartikelmatrisen kunde rikta synligt ljus till alla riktade fokuspunkter utan att behöva ändra nanopartikelstrukturerna.

Denna skalbara metod gör det möjligt att skapa olika linsstrukturer i ett steg för att radera och skriva, utan märkbar försämring av funktioner i nanoskala efter flera radera-och-skrivcykler. Tekniken som kan omforma alla förformade polymermönster till vilket önskvärt mönster som helst med hjälp av mjuka masker gjorda av elastomerer.