Eksitonların Mümkün Kıldığı Dünyadaki En İnce Mercek

Lensler ışığı bükmek ve odaklamak için kullanılır. Normal mercekler bu etkiyi şekillerindeki eğrilik sayesinde elde ediyor, ancak fizikçiler kuantum etkilerinden yararlanan yalnızca üç atom kalınlığında düz bir mercek yarattılar. Bu tür mercekler gelecekteki artırılmış gerçeklik gözlüklerinde kullanılabilir.

Amsterdam Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi'nden araştırmacılar, benzersiz bir malzeme olan tungsten disülfürü (kısaca WS 2 ) tek bir katman kullanarak yarım milimetre genişliğinde ve yalnızca 0,0000006 milimetre kalınlığında, yani 0,6 nanometre olan düz bir mercek oluşturdular: dünyadaki en ince mercek. toprak.

Kavisli bir şekil kullanmak yerine mercek, aralarında delikler bulunan eşmerkezli WS 2 halkalarından yapılmıştır. Bu tasarım onu, ışığı kırılma yerine kırınımı kullanarak odaklayan bir 'Fresnel mercek' veya 'bölge plakalı mercek' haline getirir. Halkalar arasındaki boyut ve mesafe (onlara çarpan ışığın dalga boyuyla karşılaştırıldığında) odak noktasından merceğe olan mesafeyi belirler. Burada kullanılan tasarım, kırmızı ışığı mercekten 1 mm uzakta odaklıyor.

Eşmerkezli tungsten disülfür (WS2) halkalarından oluşan dünyadaki en ince mercek, ışığı verimli bir şekilde bir odak noktasına yoğunlaştırmak için eksitonlar kullanır. Mercek, yalnızca üç atomdan oluşan tek bir _WS2 katmanının kalınlığına sahiptir . Sol altta bir eksiton gösterilmektedir: atomik kafesteki pozitif yüklü bir 'deliğe' bağlanan uyarılmış bir elektron. Resim Ludovica Guarneri ve Thomas Bauer tarafından yapılmıştır

Kuantum geliştirme

kuantum etkilerine bağlı olmasıdır. Bu etkiler, malzemenin belirli dalga boylarındaki ışığı verimli bir şekilde emmesine ve yeniden yaymasına olanak tanır. Bu, lense gelen ışığı bu dalga boylarında daha verimli bir şekilde odaklama yeteneğini kazandırır.

Bu kuantum iyileştirme şu şekilde çalışır. İlk olarak WS2, bir elektronu daha yüksek bir enerji seviyesine yükselterek ışığı emer. Malzemenin ultra ince yapısı sayesinde, negatif yüklü elektron ve onun atomik kafeste bıraktığı pozitif yüklü 'delik', ikisi arasındaki elektrostatik çekimle bağlı kalır. Elektron ve delik birlikte bir eksiton oluşturur. Bu eksitonlar hızla kaybolur çünkü elektron ve delik yeniden birleşip ışık yayar. Yeniden yayılan bu ışık sayesinde lens daha verimli hale gelir.

Bilim adamları, eksitonların yaydığı ışığın belirli dalga boyları için mercek verimliliğinde net bir zirve keşfettiler. Etki oda sıcaklığında zaten görülse de lensler soğuduğunda daha verimli oluyor. Eksitonlar düşük sıcaklıklarda daha iyi çalışır.

Arttırılmış gerçeklik

Lensin bir diğer benzersiz özelliği de ışığın bir kısmı parlak bir odak noktası oluştursa da ışığın çoğunun dokunulmadan geçmesidir. “Lens, mercekten gelen görüntünün bozulmaması gereken uygulamalarda iyi bir şekilde kullanılabilir ancak bilgi toplamak için ışığın küçük bir kısmına dokunulabilir. Bu, örneğin artırılmış gerçeklik gözlükleri için böyle bir merceği mükemmel kılıyor," diyor yeni yayının yazarlarından Jorik van de Groep.

Araştırmacılar artık işlevi (ışığı bükmek gibi) elektriksel olarak ayarlanabilen daha karmaşık ve çok işlevli optik kaplamaların tasarlanmasına ve test edilmesine odaklanmak istiyor. Van de Groep, "Eksitonlar malzemedeki yük yoğunluğuna karşı çok hassastır ve bu nedenle malzemenin kırılma indeksini bir voltaj uygulayarak değiştirebiliriz" diyor.

Kaynak: https://www.engineersonline.nl