Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin

01.07.2024

Amsterdam-maan-ohuin-linssi-300-t.jpgIhmiskunta on käyttänyt kaarevia linssejä yli kahden vuosituhannen ajan, minkä ansiosta olemme voineet tutkia kaukaisten planeettojen ja tähtien liikkeitä, paljastaa pieniä mikro-organismeja ja parantaa näkökykyämme.

Ludovico Guarneri, Thomas Bauer ja Jorik van de Groep Amsterdamin yliopistosta yhdessä Kalifornian Stanfordin yliopiston kollegoiden kanssa omaksuivat toisenlaisen lähestymistavan.

He rakensivat litteän linssin, joka on puoli millimetriä leveä, mutta vain 0,6 nanometriä paksu, käyttämällä vain yhtä kerrosta volframidisulfidia (WS2). Tämä tekee siitä maailman ohuimman linssin!

Kaarevan muodon sijaan linssi on valmistettu samankeskisistä WS2-renkaista, joiden välissä on rakoja. Tällaista rakennetta kutsutaan "Fresnel-linssiksi" tai "vyöhykelevylinssiksi", ja se tarkentaa valon käyttämällä diffraktiota taittumisen sijaan. Renkaiden koko ja niiden välinen etäisyys (verrattuna siihen osuvan valon aallonpituuteen) määräävät linssin polttovälin. Tässä käytetty muotoilu tarkentaa punaisen valon 1 mm:n päähän linssistä.

Tämän objektiivin ainutlaatuinen ominaisuus on, että sen tarkennustehokkuus perustuu WS2:n kvanttiefekteihin. Näiden vaikutusten ansiosta materiaali voi absorboida ja emittoida uudelleen valoa tietyillä aallonpituuksilla, mikä antaa linssille sisäänrakennetun kyvyn toimia paremmin näillä aallonpituuksilla.

Tämä kvanttiparannus toimii seuraavasti. Ensinnäkin WS2 absorboi valoa lähettämällä elektronin korkeammalle energiatasolle. Materiaalin erittäin ohuesta rakenteesta johtuen negatiivisesti varautunut elektroni ja sen atomihilaan jättämä aukko pysyvät yhdessä niiden välisen sähköstaattisen vetovoiman sitomana ja muodostavat eksitonin. Nämä eksitonit haihtuvat nopeasti kun elektroni ja aukko sulautuvat jälleen yhteen ja emittoivat valoa. Juuri tämä uudelleen emittoituva valo edistää linssin tehokkuutta.

Toinen linssin ainutlaatuisista ominaisuuksista on, että vaikka osa sen läpi kulkevasta valosta muodostaa kirkkaan polttopisteen, suurin osa valosta kulkee läpi muuttumattomana.

Vaikka tämä saattaa kuulostaa haitalta, se itse asiassa avaa uusia ovia tulevaisuuden teknologian käyttöön. ”Linssiä voidaan käyttää sovelluksissa, joissa linssin läpi näkyvää näkymää ei saa häiritä, mutta pientä osaa valosta voidaan käyttää informaation keräämiseen.

Tämä tekee siitä täydellisen puetettaville laseille, kuten lisättyyn todellisuuteen, selittää Jorik van de Groep, yksi tutkimuksen kirjoittajista.

Tutkijat suunnittelevat ja testaavat nyt monimutkaisempia ja monikäyttöisempiä optisia pinnoitteita, joiden toimintaa, kuten tarkennusvaloa, voidaan säätää sähköisesti.

"Eksitonit ovat erittäin herkkiä materiaalin varaustiheydelle, ja siksi voimme muuttaa materiaalin taitekerrointa käyttämällä jännitettä", Van de Groep sanoo. Eksitonisten materiaalien tulevaisuus on valoisa!

Aiheesta aiemmin:

Ennätysmäisiä metalinssejä

Negatiivinen valon taittuminen

Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie

Siirry arkistoon »