Μια ομάδα φυσικών από το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ και το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ συνδύασε τη θεωρία της μηχανικής του φάρου και τα ηλεκτροστατικά συνδεδεμένα “εξιτόνια” για να κατασκευάσει τον λεπτότερο φακό στον κόσμο. Με πάχος 0,6 νανόμετρα και πλάτος μισού χιλιοστού, ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί μόλις τρία άτομα ενός ειδικού υλικού που ονομάζεται δισουλφίδιο του βολφραμίου (WS2), οι κβαντικές ιδιότητες του οποίου το καθιστούν ιδιαίτερα κατάλληλο για τη δημιουργία ατομικών πλεγμάτων που μοιάζουν με τον επίπεδο “Fresnel lens” που συχνά βλέπουμε στις λάμπες των φάρων.
Οι περισσότεροι φακοί εδώ και χιλιετίες βασίζονται σε ένα καμπυλωτό σχήμα για τη διάθλαση του φωτός που περνάει από μέσα τους, ώστε να μεγεθύνουν αντικείμενα. Οι Fresnel lens, ωστόσο, δεν απαιτούν κανενός είδους καμπυλότητα, αλλά αντίθετα χρησιμοποιούν ομόκεντρους επίπεδους δακτυλίους για τη διάθλαση του φωτός, με το μέγεθος και το πλάτος των δακτυλίων να καθορίζουν τη συνολική εστιακή απόσταση του φακού. Οι Fresnel lens χρησιμοποιούνται συχνά σε κλασικούς φακούς φάρων λόγω της ικανότητάς τους να διαθλούν το φως σε μεγάλες αποστάσεις.
Οι φυσικοί περιέγραψαν λεπτομερώς τον νέο Fresnel lens ατομικής κλίμακας σε μελέτη που δημοσιεύθηκε τον περασμένο μήνα στο περιοδικό Nano Letters. Σε αυτόν τον σχεδιασμό, η δύναμη εστίασης προέρχεται από τα μοναδικά κβαντικά φαινόμενα του δισουλφιδίου του βολφραμίου, τα οποία του επιτρέπουν να απορροφά και να επανεκπέμπει φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Για να επιτευχθεί αυτό, το WS2 προσλαμβάνει φως πυροδοτώντας ένα ηλεκτρόνιο σε ένα υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Επειδή όμως το υλικό είναι τόσο μικρό, το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο και ο θετικά φορτισμένος χώρος που αφήνει πίσω του δεσμεύονται σε ένα ατομικό πλέγμα μέσω ηλεκτροστατικής έλξης.
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων της ομάδας, οι ερευνητές κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν το ατομικά λεπτό 2D υλικό τους για να εστιάσουν το κόκκινο φως σε απόσταση 1mm από το φακό. Αν και συγκριτικά μικρό σε ανθρώπινη κλίμακα, αυτό είναι απίστευτα εντυπωσιακό δεδομένου ότι η διάμετρος του φακού είναι μόλις 0,0000006mm. Ωστόσο, ένα από τα πιο ελπιδοφόρα χαρακτηριστικά του σχεδιασμού έγκειται σε αυτό που αρχικά μπορεί να ακούγεται σαν ελάττωμα – μόνο ένα μικρό μέρος του φωτός εστιάζεται σε ένα σημείο, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του περνά ανεπηρέαστο μέσα από το φακό. Όμως, όπως εξηγεί ο συν-συγγραφέας της μελέτης Jorik van de Groep, αυτό θα μπορούσε στην πραγματικότητα να αποτελέσει ένα σημαντικό πλεονέκτημα.
Πηγή: Techmaniacs
