新しいタイプのメタレンズが従来の屈折レンズに取って代わる可能性があります

• 研究者たちは、金属ナノ粒子とポリマーで作られた次世代のメタレンスを考案しました。
• 従来の屈折レンズに取って代わり、オプトエレクトロニクスデバイスやポータブルイメージングシステムを実現する可能性があります。

小さな光学素子は、広角カメラから多機能内視鏡に至るまで、さまざまなイメージング機器で使用されています。 Metalensesは、このようなコンパクトな光学素子の新しいプラットフォームの1つです。

ただし、メタレンスは、その特性と複雑で高価な製造によって制限されます。物理的な動きがなければ、3次元オブジェクトを簡単に画像化したり、焦点を調整したりすることはできません。

メタレンスのビルディングブロックは硬い材料でできているため、一度製造すると形状を変えることはできません。どの材料システムでも、メタレンスで調整可能なフォーカシングを実現するために、オンデマンドでナノスケールサイズの機能を構成することは非常に困難です。

そのため、ノースウェスタン大学の研究者は、金属ナノ粒子とポリマーで作られた次世代のメタレンスを考案しました。これは、従来の屈折レンズに取って代わり、オプトエレクトロニクスデバイスやポータブルイメージングシステムを実現する可能性があります。

メタレンスは何でできていますか？

この研究で開発された多用途のイメージングプラットフォームは、銀ナノ粒子で作られた完全に再構成可能なメタレンスに基づいています。各イメージングセッション中に単一のフォーカスレンズから多焦点レンズに進むことができ、特定のプログラム可能な3D位置で2つ以上の画像を形成します。

参照：ACS Nano | doi：10.1021 / acsnano.9b00651 |ノースウェスタン大学

これらのレンズを作るために、研究者は円筒形の銀ナノ粒子のアレイと金属アレイの上にブロックに配置されたポリマーのシートを使用しました。これらのブロックの配置を簡単に制御できるため、ナノ粒子の構造を変えることなく、ナノ粒子の配列を任意のターゲット焦点に向けることができます。

格子共鳴により、イメージング用に再構成可能なメタレンスが可能になりました|研究者の礼儀

上の図は、正方形の格子にパターン化された2種類の相要素に基づくメタレンズアーキテクチャを示しています。空気にさらされた銀ナノ粒子と、薄い誘電体ブロックで覆われた同一のナノ粒子です。

研究者は、格子進化アルゴリズムを使用して、有限差分時間領域シミュレーションによって測定された電界データを通じて2つのビルディングブロックの配置を調整することにより、ターゲットフォーカスの表面格子共鳴メタレンスを開発しました。図bは、溶媒支援ナノスケールエンボス加工（SANE）によってメタレンを再配置できることを示しています。

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この柔軟な技術により、メーカーは、数回の消去-書き込みサイクルの後でその機能を低下させることなく、消去と書き込みの単一ステップで多数のレンズ構造を製造することができます。また、ソフトエラストマーマスクを介して、以前に形成されたポリマーを別のターゲットパターンに再構築することもできます。