A pesar de su potencial, la tecnología actual requiere decenas de millones de wones coreanos para fabricar una lente metálica del tamaño de una uña, lo que plantea un desafío para la comercialización. Afortunadamente, un avance reciente promete reducir su costo de producción en una milésima parte del precio.

Un equipo de investigación colaborativo (Equipo de investigación de convergencia POSCO-POSTECH-RIST), compuesto por el profesor Junsuk Rho del Departamento de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Ingeniería Química y otros de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), ha propuesto dos métodos innovadores para producir metalenses en masa y fabricarlos en grandes superficies. Su investigación aparece en Reseñas de láser y fotónica .

La fotolitografía, un proceso empleado en la elaboración de metalentes mediante la impresión de patrones en obleas de silicio utilizando luz, constituye un paso en su fabricación. Normalmente, la resolución de la luz es inversamente proporcional a su longitud de onda, lo que significa que longitudes de onda más cortas dan como resultado una resolución más alta, lo que permite la creación de estructuras más finas y detalladas. En esta investigación, el equipo optó por la fotolitografía ultravioleta profunda, un proceso que utiliza longitudes de onda más cortas de luz ultravioleta.

El equipo de investigación logró recientemente la producción en masa de metalentes para la región de luz visible utilizando fotolitografía ultravioleta profunda, como se publicó en Nature Materials. . Sin embargo, surgieron desafíos ya que el método existente demostró una baja eficiencia en la región infrarroja.

Para abordar esta limitación, el equipo desarrolló un material con un alto índice de refracción y bajas pérdidas para la región infrarroja. Este material se integró en el proceso de producción en masa establecido, lo que dio como resultado la creación exitosa de una lente metálica infrarroja de tamaño considerable con un diámetro de 1 cm en una oblea de 8 pulgadas.

En particular, la lente cuenta con una notable apertura numérica (NA) de 0,53, lo que destaca su excepcional capacidad de recolección de luz junto con una alta resolución que se acerca al límite de difracción. Además, la estructura cilíndrica la hace independiente de la polarización, lo que garantiza un rendimiento excelente independientemente de la dirección de la vibración de la luz.

En el segundo enfoque, el equipo empleó nanoimpresión, un proceso que permite la impresión de nanoestructuras utilizando un molde. Este proceso utilizó el conocimiento de la técnica de nanoimpresión, acumulado a través de la investigación colaborativa con RIST.

Este esfuerzo resultó exitoso ya que el equipo logró producir en masa una lente metálica con un diámetro de 5 milímetros, compuesta por alrededor de cien millones de nanoestructuras rectangulares en una oblea de 4 pulgadas. En particular, esta lente metálica exhibió un rendimiento impresionante, con una apertura de 0,53. Su estructura rectangular mostró propiedades dependientes de la polarización, respondiendo eficazmente a la dirección de la vibración de la luz.

A partir de este logro, el equipo integró un sistema de imágenes de alta resolución para observar muestras reales, como la epidermis de la cebolla, validando la posibilidad de comercializar metalenses.

Esta investigación tiene importancia ya que supera las limitaciones del proceso tradicional de producción de metales uno por uno. No solo facilita la creación de dispositivos ópticos con características dependientes e independientes de la polarización adaptadas a aplicaciones específicas, sino que también reduce el costo de producción de metalentes hasta 1000 veces.

El profesor Junsuk Rho dijo:"Hemos logrado la producción rápida y precisa de metalenses de alto rendimiento en una escala de oblea, alcanzando dimensiones centimétricas. Nuestro objetivo es que esta investigación acelere la industrialización de metalenses, fomentando el avance de dispositivos ópticos eficientes y tecnologías ópticas."