Een minuscule lens met een aan/uitschakelaar

De natuurkundigen van de universiteiten van Stanford en Amsterdam, onder leiding van UvA-fysicus Jorik van de Groep, hebben het onderzoek gepubliceerd in Nature Photonics.

Dunne optische elementen gebruiken de nanostructuur van de materialen waaruit ze bestaan om licht in bepaalde richtingen te sturen. Zulke elementen zijn erg nuttig in de nanotechnologie, maar hebben één belangrijk probleem: als ze eenmaal gemaakt zijn, liggen hun eigenschappen en functionaliteiten definitief vast. Dat levert een uitdaging op voor toepassingen in bijvoorbeeld de augmented en virtual reality, waar men licht op een dynamische manier zou willen manipuleren aan de hand van externe signalen.

De onderzoekers zijn er nu in geslaagd om minuscule lenzen te fabriceren die een dergelijke dynamische aansturing mogelijk maken. Hun lenzen kunnen in het bijzonder naar believen ‘aan- en uitgezet worden’, zodat het licht ofwel in een specifiek brandpunt gefocust kan worden, ofwel ongehinderd zijn weg kan vervolgen. Om deze lenzen te maken gebruiken de onderzoekers wolfraam-disulfide met een dikte van slechts een enkele laag atomen. Daardoor zijn de lenzen minder dan een enkele nanometer dun. Desondanks zijn er sterke interacties tussen het materiaal en het licht, waardoor het zo gevormd kan worden dat de lenswerking ontstaat.

Zodra er echter een kleine elektrische spanning op het materiaal wordt toegepast, veranderen de eigenschappen volledig, en kan de interactie met het licht effectief worden uitgezet. Zodra dit gebeurt kan het licht dat eerst gefocust werd ongehinderd door het materiaal heengaan: de lens is uitgeschakeld.

Virtual reality

De materialen die de onderzoekers gebruiken zijn sterk transparant; een nuttige eigenschap voor toepassingen zoals brillen voor augmented en virtual reality, het volgen van oogbewegingen, of ‘beam tapping,’ waarbij – vergelijkbaar met een telefoontap – een klein beetje van een signaal afgetapt wordt om iets te weten te komen over de informatie die het bevat. De inzichten uit dit onderzoek maken het mogelijk om op een nieuwe manier optische elementen te ontwerpen en die in dergelijke toekomstige technieken toe te passen.