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(noticias nanowerk) Los metalenses, estructuras nanoartificiales que pueden manipular la luz, ofrecen una tecnología que puede reducir significativamente el tamaño y el grosor de los componentes ópticos tradicionales. Esta tecnología es particularmente efectiva en el rango del infrarrojo cercano y prometedora para diversas aplicaciones como LiDAR, denominados los “ojos del automóvil autónomo”, drones en miniatura y detectores de vasos sanguíneos.
A pesar de su potencial, la tecnología actual requiere miles de dólares para producir incluso un metal del tamaño de una uña, lo que presenta un desafío para la comercialización. Afortunadamente, un avance reciente promete reducir los costos de producción en una milésima parte del precio.
Un equipo de investigación colaborativo (Equipo de investigación de convergencia POSCO-POSTECH-RIST) formado por los profesores Junsuk Rho del Departamento de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Ingeniería Química y los estudiantes de doctorado Seong-Won Moon y Joohoon Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Pohang. de Ciencia y Tecnología (POSTECH) y los profesores Heon Lee, Chanwoong Park y Wonjoong Kim del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Corea han propuesto dos métodos innovadores para producir metales en masa y fabricarlos en grandes superficies. Su investigación fue presentada en Reseñas sobre láseres y fotónica. (“Wafer-Scale Manufacturing of Near-Infrared Metalenses”), una revista internacional de óptica y física aplicada.
Un paso en su producción es la fotolitografía, un proceso para fabricar lentes metálicas imprimiendo patrones en obleas de silicio con luz. 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 y permiten la creación de estructuras más finas y detalladas. Para esta investigación, el equipo eligió la fotolitografía ultravioleta profunda, un proceso que utiliza longitudes de onda más cortas de luz ultravioleta.
Como se publicó en la revista internacional Nature Materials, el equipo de investigación logró recientemente la producción en masa de metalentes para el rango de luz visible utilizando fotolitografía ultravioleta profunda. Sin embargo, surgieron desafíos porque el método existente tenía 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 el rango infrarrojo. Este material se integró en el proceso de producción en masa establecido, lo que dio como resultado la fabricación exitosa de un gran objeto metálico infrarrojo, de 1 cm de diámetro, en una oblea de 8 pulgadas. En particular, la lente tiene una notable apertura numérica (NA) de 0,53, lo que destaca su excepcional capacidad de captación de luz junto con una alta resolución cercana al límite de difracción. La estructura cilíndrica también lo 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 utilizó nanoimpresión, un proceso que permite imprimir nanoestructuras utilizando un molde. Este proceso aprovechó los conocimientos de ingeniería de nanoimpresión recopilados a través de una investigación conjunta con el RIST. Este esfuerzo resultó exitoso ya que el equipo logró producir en masa una lente metálica con un diámetro de 5 milímetros, que consta de alrededor de cien millones de nanoestructuras rectangulares en una oblea de 4 pulgadas. Lo que es digno de mención es que esta lente de metal mostró un rendimiento impresionante y tenía una apertura de 0,53. Su estructura rectangular mostró propiedades dependientes de la polarización y respondió 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 del mundo real, como la epidermis de la cebolla, confirmando así la posibilidad de comercializar Metalenses. Esta investigación es significativa porque supera las limitaciones del tradicional proceso único de producción de metales. No solo facilita el desarrollo de dispositivos ópticos con propiedades dependientes e independientes de la polarización adaptados a aplicaciones específicas, sino que también reduce los costos de producción de lentes metálicas hasta 1000 veces.
El profesor Junsuk Rho, que dirigió la investigación, señaló: «Hemos logrado la producción rápida y precisa a escala de oblea de metales de alto rendimiento que alcanzan dimensiones centimétricas». Y añadió: «Nuestro objetivo con esta investigación es avanzar en la industrialización de los sensores metálicos». y Promover un mayor desarrollo de dispositivos ópticos y tecnologías ópticas eficientes”.
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