Durante más de 500 años, los humanos han dominado el arte de refractar la luz dando forma al vidrio en lentes, luego doblando o combinando esos lentes para amplificar y aclarar las imágenes tanto de cerca como de lejos.

Pero en la última década más o menos, un grupo liderado por el científico Federico Capasso en la Universidad de Harvard ha comenzado a transformar el campo de la óptica mediante la ingeniería de metasuperficies ópticas planas, empleando una serie de millones de pilares de cuarzo diminutos microscópicamente delgados y transparentes para difractar y moldear el flujo de luz de la misma manera que una lente de vidrio, pero sin las aberraciones que naturalmente limitan el vidrio.

La tecnología fue seleccionada entre las 10 principales tecnologías emergentes por el Foro Económico Mundial (WEF) en 2019, que remarcó que estos cada vez más pequeños, pronto empezarían a verse lentes más claros en los teléfonos con cámara, sensores, líneas de fibra óptica y dispositivos de imágenes médicas, como endoscopios.

"Hacer las lentes que usan los teléfonos móviles, Las computadoras y otros dispositivos electrónicos más pequeños han superado las capacidades de las técnicas tradicionales de corte y curvado de vidrio. "según el WEF" ... Estos pequeños, delgada, las lentes planas podrían reemplazar las lentes de vidrio voluminosas existentes y permitir una mayor miniaturización en sensores y dispositivos de imágenes médicas ".

Hacer metalentes 'reconfigurables'

Ahora, Giuseppe Strangi, profesor de física de la Universidad Case Western Reserve, y colaboradores de Harvard han dado un paso para hacer que estas "metalentes" sean aún más útiles, haciéndolas reconfigurables.

Lo hicieron aprovechando las fuerzas a nanoescala para infiltrar cristales líquidos entre esos pilares microscópicos, permitiéndoles dar forma y difractar la luz de formas completamente nuevas:"sintonizar" el poder de enfoque, Dijo Strangi.

Los cristales líquidos son especialmente útiles porque se pueden manipular térmicamente, eléctricamente, magnética u ópticamente, lo que crea el potencial para las lentes flexibles o reconfigurables.

"Creemos que esto promete revolucionar la óptica tal como la conocemos desde el siglo XVI, "dijo Strangi, cuyo laboratorio de nanoplasma en Case Western Reserve investiga la "óptica extrema" y la "interacción de la luz y la materia a nanoescala, "entre otros asuntos.

Hasta hace poco, una vez que una lente de vidrio tomó la forma de una curva rígida, solo podía doblar la luz de una manera, a menos que se combine con otros lentes o se mueva físicamente, Dijo Strangi.

Metalenses cambió eso, ya que permiten diseñar el frente de onda controlando la fase, amplitud y polarización de la luz.

Ahora, controlando el cristal líquido, los investigadores han podido mover esta nueva clase de metalentes hacia nuevos esfuerzos científicos y tecnológicos para generar luz estructurada reconfigurable.

"Este es sólo el primer paso, pero hay muchas posibilidades para usar estos lentes, y ya nos han contactado empresas interesadas en esta tecnología, "Dijo Strangi.

El documento que anunciaba el avance fue publicado a principios de agosto por Proceedings of the Academia Nacional de Ciencias .

Strangi colaboró ​​con varios otros investigadores en los Estados Unidos y Europa, incluidos los investigadores de Case Western Reserve Andrew Lininger y Jonathan Boyd; Giovanna Palermo de Universita 'della Calabria en Italia; y Capasso, Alexander Zhu y Joon-Suh Park de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de la Universidad de Harvard.

Lininger dijo que parte del problema con las aplicaciones actuales de las metasuperficies es que su forma se fija en el punto de producción, pero "al permitir la reconfigurabilidad en la metasuperficie, estas limitaciones pueden superarse ".

Capasso, que fue pionero en el campo de la investigación de la óptica plana y en 2014 publicó por primera vez una investigación sobre metalentes, le dio crédito a Strangi por la idea de infiltrar los metalentes con cristales líquidos y dijo que esta innovación representa un paso hacia cosas aún más grandes.

"Nuestra capacidad para infiltrar de manera reproducible con cristales líquidos metalentes de última generación hechos de más de 150 millones de pilares de vidrio de nanoescala de diámetro y para cambiar significativamente sus propiedades de enfoque es un presagio de la emocionante ciencia y tecnología que espero que surja de la óptica plana reconfigurable en el futuro, "Dijo Capasso.