Revolução óptica na prática: Metassuperfícies feitas com diâmetro de 30 cm

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/07/2023

Comparação da metassuperfície fabricada pela equipe com uma moeda de um euro.
[Imagem: Fraunhofer IOF]

Hora de pensar no futuro

As metassuperfícies estão provocando uma verdadeira revolução tecnológica, gerando de qubits para computadores quânticos até energia mecânica, passando por telas de super-resolução, novas antenas além do 5G e, claro, lentes planas e leves.

São componentes que concentram sua função óptica completa em uma superfície, e não em um volume, como na óptica tradicional ou mesmo nos metamateriais. Essa função na superfície é realizada por meio de nanoestruturas invisíveis a olho nu, mas no tamanho adequado para lidar com as ondas eletromagnéticas.

"Depois de 500 anos de lentes e espelhos, é hora de pensar no futuro," explica o professor Falk Eilenberger, do Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Engenharia de Precisão, na Alemanha. "Nas lentes, a função é definida pela geometria macroscópica. É por isso que a lente é grossa e curva. Agora temos uma metassuperfície. Elas são finas e em escalas menores que o comprimento de onda da luz."

E esse futuro começa a se desdobrar em presente. Enquanto a maioria das metassuperfícies criadas até agora era muito pequena, na faixa dos milímetros quadrados, a equipe do professor Eilenberger conseguiu agora fabricar dispositivos na escala de bolachas inteiras de silício, com diâmetros de até 30 centímetros, tornando-as práticas para coisas como microscópios, telescópios e telas.

As metassuperfícies lidam com as ondas por meio de nanoantenas.
[Imagem: Fraunhofer IOF]

Metassuperfícies práticas

Usando a litografia por feixe de elétrons, a equipe conseguiu construir matrizes das nanoestruturas que compõem a metassuperfície em uma escala nunca alcançada antes, gerando um dispositivo de quase 30 centímetros de diâmetro.

As metassuperfícies são compostas por arranjos periódicos de meta-átomos em várias escalas, tipicamente menores do que a onda que se deseja manipular. Esses meta-átomos funcionam como antenas de luz ao interagir com as ondas.

"Usando projeção de caracteres, estruturas de resolução muito alta podem ser expostas em paralelo a velocidades comparativamente altas. Isso é incomum para a litografia por feixe de elétrons," detalhou Uwe Zeitner, membro da equipe.

A projeção de caracteres é um método no qual um padrão é dividido em unidades menores. Um feixe de elétrons é então usado para criar cada um desses pequenos padrões em uma superfície. Isso permite a fabricação de estruturas complexas com alta precisão e eficiência.

Esta nova tecnologia de fabricação permitirá construir sistemas ópticos significativamente mais finos. "Esta tecnologia pode revolucionar os sistemas ópticos de imagem porque permitirá reduzir o tamanho dos sistemas e, ao mesmo tempo, aumentar sua funcionalidade óptica," disse Eilenberger.

"Estas metassuperfícies grandes são particularmente vantajosas para óptica compacta, em que grandes ângulos de deflexão são necessários em um espaço pequeno. Este é o caso, por exemplo, dos óculos de realidade virtual/aumentada. Designs vantajosos também podem ser realizados com tais abordagens para óptica muito pequena em celulares. Outras aplicações potenciais incluem espectroscopia de alta resolução ou hologramas gerados por computador," disse Zeitner.

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