لنز نوری گرافنی با ضخامت یک میلیاردم متر حد پراش را شکست!

با پیشرفت چیپ های فوتونی و نانواپتیک، لنز های شیشه ای قدیمی دیگر نمی توانند به رقابت برای کوچک تر شدن اندازه خود ادامه دهند.

یک تیم از محققان دانشگاه Swinburne به دنبال یافتن جایگزینی مناسب، توانست میکرولنز های گرافنی که ضخامتی در حدود یک میلیاردم متر داشتند تولید کند. این لنز ها می توانند تصاویر بسیار واضح تری را از اجسامی به کوچکی یک باکتری بگیرند و درهای پیشرفت را برای گوشی های موبایل ، نانوماهواره ها و کامپیوتر ها باز کنند.

یکی از موانع بزرگ بر سر راه پیشرفت میکروسکوپ های نوری، لنز آن یا به طور دقیق تر حد پراش لنز آن است که در واقع، حد تئوری وضوح یک لنز می باشد. تلاش هایی برای غلبه بر حد پراش با استفاده از تکنیک هایی چون تداخل سنجی، هولوگرافی، لیزر و الکترون ها  انجام گرفته و اگرچه دانشمندان در این زمینه موفقیت هایی به دست آورده اند، این موفقیت ها همراه با هزینه ها و پیچیدگی های بسیار زیادی بوده است.

رویکرد دیگری برای حل این مسئله، استفاده از لنز های بسیار باریک تخت است که بر روی آنها دایره های متحد المرکز حک شده اند و مانند عدسی های کوچک فرنل عمل می کنند. بنا به تیم دانشگاه Swinburne، این رویکرد نیز موفقیت هایی را بدست آورد اما این موفقیت ها تنها با ساختن لنز ها از فلزاتی نظیر طلا و سایر فلزات قیمتی بدست می آید که نمی توان از آنها برای تولید انبوه استفاده کرد.

موفقیت دانشگاه Swinburne وقتی بدست آمد که Xiaorui Zheng، دانشجوی  دکترا در مرکز تحقیقات Micro-Photonics، توانست از اکسید گرافن یک لنز بسازد. این ماده به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا لنزهای فوق باریک تختی بسازند که از کاغذ 300 برابر نازک تر هستند و وزنی معادل یک میکروگرم دارند. این کار با چاپ کردن لنز انجام شد که در این فرآیند ابتدا ورقه ای از محلول گرافن اکسید، اسپری شد و سپس به کمک پرتو لیزر، دایره ها بر روی آن شکل گرفت.

بنا به صحبت های تیم تحقیقاتی، این لنز جدید انعطاف پذیر است و می تواند اجسامی به کوچکی 200 نانومتر را نشان دهد و حتی می تواند محدوده نزدیک فرو سرخ را نیز ببیند. علت این که این امر امکان پذیر است این است که این لنز حد پراش را شکسته و اجازه فوکوسی معادل نصف طول موج نور را می دهد.

تیم تحقیقاتی اعتقاد دارد وقتی این تکنولوژی بیشتر تکامل پیدا کند، کاربرد هایی بیشتر از علوم میکروسکوپی خواهد داشت. این کاربرد ها می توانند شامل تلفن های همراه سبک تر و باریک تر  با قابلیت عکس برداری حرارتی ، آندوسکوپ های کوچکتر برای جراحی، جایگزینی لنز های معمولی در نانوماهواره ها برای صرفه جویی 200 گرم وزن به هنگام پرتاب و افزایش بازدهی چیپ های فوتونی در اَبَرکامپیوتر ها و توزیع پهنای باندهای بسیار سریع  باشند.

تحقیق میکرولنز گرافنی در  Nature Communications منتشر شده است.

منبع: Gizmag