Lente mais fina do mundo foca a luz usando efeitos qunticos

Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/06/2024

Lente de uma camada atmica

As lentes normais de vidro dependem da sua forma para curvar e focar a luz, mas as lentes planas, ou metalentes, vm aos poucos substituindo os pesados e grossos aparatos pticos por membranas muito finas.

Ludovica Guarneri e colegas das universidades de Amsterd (Pases Baixos) e Stanford (EUA) criaram agora a lente mais fina j fabricada, to fina que ela no lida com os ftons da luz, que tm comprimentos de onda longos, mas com quasipartculas chamadas xcitons.

Usando uma nica camada atmica de um material chamado dissulfeto de tungstnio (WS₂), eles construram uma lente plana com meio milmetro de dimetro, mas com apenas 0,0000006 milmetro, ou 0,6 nanmetro, de espessura. Isso a torna a lente mais fina da Terra.

Em vez de depender de um formato curvo, a lente feita de anis concntricos e espaados de WS₂. Essa estrutura chamada lente de Fresnel, focando a luz usando a difrao, em vez da refrao da luz. O tamanho e a distncia entre os anis (em comparao com o comprimento de onda da luz) determinam a distncia focal da lente. O prottipo construdo pela equipe foca a luz vermelha a 1 mm da lente.

Focando a luz com efeitos qunticos

Uma caracterstica nica desta lente que sua eficincia de foco depende de efeitos qunticos no WS₂. Esses efeitos permitem que o material absorva e reemita luz com eficincia em comprimentos de onda especficos, dando lente a capacidade de funcionar melhor nesses comprimentos de onda.

Primeiro, o material absorve a luz enviando um eltron para um nvel de energia mais alto. Devido estrutura ultrafina do material, o eltron (negativo) e a lacuna (carga positiva) que ele deixa na rede atmica permanecem unidos pela atrao eletrosttica entre eles, formando o que conhecido como um xciton. Esses xcitons desaparecem rapidamente quando o eltron e a lacuna se fundem, reemitindo o fton. esta luz reemitida que a responsvel pela eficincia da lente.

Embora o efeito ocorra em temperatura ambiente, essas lentes ultrafinas so ainda mais eficientes quando resfriadas, o que ocorre porque os xcitons funcionam melhor em temperaturas mais baixas.

Os efeitos qunticos capturam o fton e o reemitem j no ponto focal.
[Imagem: Ludovica Guarneri et al. – 10.1021/acs.nanolett.4c00694]

Realidade aumentada

Outra caracterstica exclusiva da lente ultrafina que, embora parte da luz que passa por ela forme um ponto focal brilhante, a maior parte da luz passa sem ser afetada. Embora isto possa parecer uma desvantagem, na verdade abre novas portas para uso em tecnologias promissoras.

“A lente pode ser usada em aplicaes onde a viso atravs da lente no deve ser perturbada, mas uma pequena parte da luz pode ser aproveitada para coletar informaes. Isso a torna perfeita para culos vestveis, como no caso da realidade aumentada,” disse o professor Jorik van de Groep.

Os pesquisadores agora pretendem projetar e testar revestimentos pticos mais complexos e multifuncionais, cuja funo (como focar a luz) possa ser ajustada eletricamente em tempo de voo. “Os xcitons so muito sensveis densidade de carga do material e, portanto, podemos alterar o ndice de refrao do material aplicando uma voltagem,” disse Van de Groep, destacando que “o futuro dos materiais excitnicos brilhante!”

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