Metasytor är strukturer i nanoskala som interagerar med ljus. I dag, de flesta metasytor använder monolitliknande nanopelare för att fokusera, forma och kontrollera ljus. Ju högre nanopelare, ju längre tid det tar för ljus att passera genom nanostrukturen, ger metaytan mer mångsidig kontroll över varje ljusfärg. Men mycket höga pelare tenderar att falla eller klänga ihop. Tänk om, istället för att bygga höga byggnader, gick du åt andra hållet?

I en färsk tidning, forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) utvecklade en metayta som använder mycket djup, mycket smala hål, snarare än mycket höga pelare, för att fokusera ljus till en enda punkt.

Forskningen är publicerad i Nanobokstäver .

Den nya metaytan använder mer än 12 miljoner nålliknande hål borrade i ett 5-mikrometers kiselmembran, ca 1/20 av hårets tjocklek. Diametern på dessa långa, tunna hål är bara några hundra nanometer, vilket gör bildförhållandet – förhållandet mellan höjd och bredd – nästan 30:1.

Det är första gången som hål med ett så högt bildförhållande har använts i meta-optik.

"Detta tillvägagångssätt kan användas för att skapa stora akromatiska metaller som fokuserar olika färger av ljus till samma brännpunkt, banar väg för en generation av platt optik med högt bildförhållande, inklusive akromatiska metaller för bredband, sa Federico Capasso, Robert L. Wallace professor i tillämpad fysik och Vinton Hayes seniorforskare i elektroteknik vid SEAS och senior författare till artikeln.

"Om du försökte göra pelare med detta bildförhållande, de skulle falla omkull, sa Daniel Lim, en doktorand vid SEAS och medförfattare till uppsatsen. "Holey-plattformen ökar det tillgängliga bildförhållandet för optiska nanostrukturer utan att offra mekanisk robusthet."

Precis som med nanopelare, som varierar i storlek för att fokusera ljus, the holey metalens har hål av varierande storlek exakt placerade över 2 mm linsdiameter. Variationen i hålstorleken böjer ljuset mot objektivets fokus.

"Holey metasytor tillför en ny dimension till linsdesign genom att kontrollera inneslutningen och spridningen av ljus över ett brett parameterutrymme och gör nya funktioner möjliga, sa Maryna Meretska, en postdoktor vid SEAS och medförfattare till uppsatsen. "Hål kan fyllas i med olinjära optiska material, vilket kommer att leda till generering av flera våglängder och manipulering av ljus, eller med flytande kristaller för att aktivt modulera ljusets egenskaper."

Metalenserna tillverkades med hjälp av konventionella processer inom halvledarindustrin och standardmaterial, gör att den kan tillverkas i stor skala i framtiden.

Harvard Office of Technology Development har skyddat de immateriella rättigheterna i samband med detta projekt och undersöker kommersialiseringsmöjligheter.