Ученые используют экситоны для создания самой тонкой линзы в мире
Физики из Амстердамского университета и Стэнфордского университета создали удивительно тонкую линзу, которая может изменить очки дополненной реальности будущего.
Что такое линза?
Линзы — это устройства, которые изгибают и фокусируют свет, позволяя нам видеть предметы более близко или более четко. Возьмем, к примеру, очки для чтения. Линзы в них изогнуты, а значит, свет, проходящий через них, изгибается дважды: один раз, когда он попадает в линзу, и второй - когда выходит из нее. Благодаря этому предметы кажутся крупнее и ближе, что помогает людям лучше видеть. Этот метод работает очень хорошо, но у него есть свои ограничения, особенно в плане размера и веса линз.
Новый прорыв
В новой работе исследователи применили другой подход, используя специальный материал, дисульфид вольфрама (WS2), для создания плоской линзы. Эта линза невероятно тонкая, толщиной всего в три атома, и использует дифракцию света вместо преломления.
В деталях эта плоская линза построена из концентрических колец WS2, создавая так называемую «линзу Френеля». Вместо того чтобы изгибать свет с помощью изогнутой поверхности, она использует маленькие кольца для фокусировки света путем дифракции. Это похоже на использование крошечных препятствий для перенаправления света в фокусную точку.
В работе этой линзы также используются квантовые эффекты. Когда свет попадает на WS2, образуются экситоны (пары электронов и дырок), которые переизлучают свет, что улучшает фокусировку линзы.
Проще говоря, когда свет попадает на линзу, он возбуждает электроны в WS2. Эти электроны переходят на более высокий энергетический уровень, оставляя после себя положительно заряженные дырки. Эти пары электрон-дырка, называемые экситонами, излучают свет путем рекомбинации, что помогает более эффективно сконцентрировать свет. Это квантовое явление позволяет линзе оптимально функционировать для определенных длин волн света.
Каковы преимущества и области применения?
Одна из уникальных особенностей этой линзы заключается в том, что она пропускает большую часть света, не мешая ему, и концентрирует небольшое количество. Это делает ее идеальной для очков дополненной реальности, где важно иметь возможность четко видеть, отображая при этом дополнительную информацию.
Представьте себе очки, которые позволят вам видеть реальный мир, отображая при этом наложенную цифровую информацию, например, навигационные инструкции или уведомления. С практической точки зрения эта инновация может сделать очки более легкими и тонкими без ущерба для четкости зрения. Только небольшая часть света будет использоваться для отображения необходимой информации, а остальной свет будет свободно проходить через линзы.
Исследователи, опубликовавшие свою работу в журнале , сейчас работают над тем, чтобы сделать эти линзы еще более универсальными, позволяя регулировать их фокус при помощи электрического напряжения. Это означает, что в будущем можно будет регулировать фокусировку света в линзах, просто изменяя небольшой электрический заряд. Это откроет двери для множества новых применений, не только для очков дополненной реальности, но и для других оптических устройств, где важны гибкость и точность.