Lente plana muda o foco sem qualquer parte móvel

Com informações do MIT - 23/02/2021

Ao ser aquecido, o material da lente passa de amorfo para cristalino, mudando a forma como ele interage com a luz.
[Imagem: Mikhail Y. Shalaginov et al. - 10.1038/s41467-021-21440-9]

Metalentes

O vidro polido tem estado no centro dos sistemas de imagem há séculos, dos microscópios aos telescópios. Uma curvatura precisa permite que as lentes de vidro focalizem a luz e produzam imagens nítidas, seja de uma única célula, da página de um livro ou de uma galáxia distante.

Mudar o foco para ver claramente em todas essas escalas normalmente requer mover fisicamente uma lente, inclinando, deslizando ou mesmo mudando a lente, geralmente com a ajuda de peças mecânicas que aumentam o volume dos dispositivos.

Agora, engenheiros do MIT, nos EUA, fabricaram uma metalente ajustável que pode focar em objetos em várias profundidades sem qualquer alteração em sua posição física ou em sua forma.

A lente, que é totalmente plana, não é feita de vidro sólido, mas de um "material de mudança de fase" transparente que, ao ser aquecido, pode reorganizar sua estrutura atômica e, assim, mudar a maneira como o material interage com a luz.

Mudança de fase

Para lidar com a luz, a metalente - que é um tipo de metamaterial - possui uma série de nanoestruturas em sua superfície. Ela foi construída a partir de um material comumente usado em CDs e DVDs regraváveis. Chamado GST, esse material é formado pelos elementos germânio (Ge), antimônio (Sb) e telúrio (T), e sua estrutura interna muda quando aquecida com pulsos de laser. Isso permite que o material alterne entre os estados cristalino (transparente) e amorfo (opaco), que é o mecanismo que permite que os dados armazenados nos CDs e DVDs sejam gravados, apagados e regravados.

Mikhail Shalaginov e seus colegas esculpiram a superfície do material para criar estruturas minúsculas e precisamente padronizadas, que funcionam juntas como uma metassuperfície para refratar ou refletir a luz de maneiras precisas - conforme as propriedades do material mudam, a função óptica da metassuperfície varia, alterando o modo como ela interage com a luz.

Neste caso, quando o material está em temperatura ambiente, a metassuperfície focaliza a luz para gerar uma imagem nítida de um objeto a uma certa distância. Quando o material é aquecido, sua estrutura atômica muda e, em resposta, a metassuperfície redireciona a luz para se concentrar em um objeto mais distante.

Desta forma, esta metalente ativa pode ajustar seu foco sem a necessidade de elementos mecânicos.

Micrografias em duas resoluções da superfície da metalente.
[Imagem: Mikhail Y. Shalaginov et al. - 10.1038/s41467-021-21440-9]

Câmera infravermelha

A metalente, por enquanto, funciona apenas dentro da faixa infravermelha, mas isso já é suficiente para viabilizar sistemas ópticos melhores e menores para drones, câmeras térmicas e óculos de visão noturna.

"Nosso resultado mostra que nossas lentes sintonizáveis ultrafinas, sem partes móveis, podem obter imagens sem aberração de objetos sobrepostos posicionados em diferentes profundidades, rivalizando com os volumosos sistemas ópticos tradicionais," disse o professor Tian Gu.

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