دانشمندان نازک‌ترین عدسی دنیا را با ضخامت سه اتم ساختند_آفتاب شرق

عدسی‌ها طبق معمولً به‌علت شکل منحنی خود می‌توانند نور را خم و متمرکز کنند. اما فیزیکدانان به‌تازگی یک عدسی تخت ساخته‌اند که نور را با منفعت گیری از میدان‌های کوانتومی خم می‌کند. این نازک‌ترین عدسی دنیا است و تنها به‌اندازه سه اتم ضخامت دارد.

فیزیکدانان دانشگاه آمستردام و دانشگاه استنفورد از یک لایه ماده به‌نام تنگستن دی‌سولفید (WS₂) برای ساخت یک عدسی تخت با عرض نیم میلی‌متر منفعت گیری کرده‌اند. اما کوچک‌ترین بُعد این عدسی ضخامت آن است که تنها ۰.۰۰۰۰۰۰۶ میلی‌متر یا ۰.۶ نانومتر است. یعنی این عدسی نازک‌ترین عدسی روی زمین محسوب می‌شود.

این عدسی از حلقه‌های هم‌مرکز WS₂ با شکاف‌هایی در بین این حلقه‌ها ساخته شده است. این ساختار را «عدسی فرنسل» (Fresnel lens) یا «عدسی صفحه کمربندی» (Zone plate lens) می‌نامند که نور را با منفعت گیری از پراش (Diffraction) متمرکز می‌کند، نه ناکامی.

اندازه حلقه‌ها و فاصله بین آن‌ها (در قیاس با طول موج نوری که به آن‌ها برخورد می‌کند) فاصله کانونی عدسی را اشکار می‌کند. فاصله کانونی نازک‌ترین عدسی دنیا ۱ میلی‌متر است.

یکی از خصوصیات بی همتا این عدسی این است که تنها برخی از نورهای عبوری از آن در کانون متمرکز خواهد شد و بقیه دچار تحول نمی‌گردند. این احتمالا یک نقطه ضعف به‌نظر برسد، اما در واقع کاربردهای بسیاری در تکنولوژی‌های آینده دارد. این عدسی می‌تواند در ابزارهایی منفعت گیری شود که ملزوم است منظره پشت عدسی تغییری نکند. عینک‌های حقیقت افزوده یک نمونه خوب برای این چنین کاربردی می باشند.

ساخت نازک‌ترین عدسی دنیا با منفعت گیری از مفهوم تحکیم کوانتومی

این عدسی برای متمرکزکردن نور به اثرات کوانتومی درون WS₂ متکی است. این اثرات ماده را قادر می‌سازند که با کارایی بالا نور را در طول موج‌های اشکار جذب و مجدد انتشار کند. بعد می‌توان عدسی را برای طول موج‌هایی خاص بهینه‌سازی کرد.

فرایند تحکیم کوانتومی به این ترتیب است: اول، WS₂ با فرستادن الکترون به یک سطح انرژی بالاتر، نور را جذب می‌کند. به‌علت ساختار فوق‌نازک ماده، الکترون شارژشده منفی و «سوراخ» شارژشده مثبت رها در شبکه اتمی، با دقت به جاذبه الکترواستاتیک بین‌شان به یکدیگر متصل می‌همانند و یک «اکسیتون» می‌سازند. این اکسیتون به‌شدت از بین می‌رود، چون الکترون و سوراخ در یکدیگر ادغام خواهد شد و نور گسیل می‌کنند. این نورِ مجدد منتشرشده عملکردی شبیه یک عدسی دارد.

دانشمندان دریافتند که کارایی این عدسی برای برخی از طول موج‌های نور به حداکثر می‌رسد. اکسیتون‌ها در دماهای پایین بهترین کارکرد را نشان خواهند داد، اما این عدسی در دمای اتاق نیز کارایی دارد.

نتایج این پروژه در مجله Nano Letters انتشار شده است.