העדשה הדקה ביותר על פני כדור הארץ, עשויה טבעות קונצנטריות של טונגסטן דיסולפיד (WS2), משתמשת באקסיטונים כדי למקד ביעילות את האור. העדשה עבה כמו שכבה אחת של WS2, בעובי של שלושה אטומים בלבד. בפינה השמאלית התחתונה נראה אקציטון: אלקטרון נרגש הקשור ל'חור' הטעון חיובי בסריג האטומי. קרדיט: לודוביקה גוארנרי ותומאס באואר
חוקרים יצרו עדשה שטוחה פורצת דרך בעובי של שלושה אטומים בלבד תוך שימוש באפקטים קוונטיים, שעלולים לשנות את המציאות המוגברת על ידי מתן שיפורים חזותיים פחות חוסמים.
עדשות בדרך כלל מתפעלות את האור דרך המשטחים המעוקלים שלהן. עם זאת, חוקרים מאוניברסיטת אמסטרדם ואוניברסיטת סטנפורד פיתחו עדשה שטוחה בעובי של שלושה אטומים בלבד, תוך שימוש באפקטים קוונטיים כדי לכופף ולמקד את האור. עדשה חדשנית זו עשויה להשתלב במשקפי מציאות רבודה בעתיד.
כאשר אתה מדמיין עדשה, אתה כנראה מדמיין פיסת זכוכית מעוקלת. סוג זה של עדשות עובד מכיוון שאור נשבר (כפוף) כשהוא נכנס לזכוכית, ושוב כשהוא יוצא, מה שמאפשר לנו לגרום לדברים להיראות גדולים יותר או קרובים יותר ממה שהם באמת. השתמשנו בעדשות מעוקלות במשך יותר מאלפיים שנה, מה שמאפשר לנו לחקור את תנועותיהם של כוכבי לכת וכוכבים רחוקים, לחשוף מיקרואורגניזמים זעירים ולשפר את הראייה שלנו.
לודוביקו גוארנרי, תומס באואר וג'וריק ואן דה גרופ מאוניברסיטת אמסטרדם, יחד עם עמיתים מאוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה, נקטו בגישה שונה. שימוש בשכבה אחת של חומר ייחודי הנקרא טונגסטן דיסולפיד (WS2 בקיצור), הם בנו עדשה שטוחה שרוחבה חצי מילימטר, אך עוביה רק 0.0000006 מילימטרים, או 0.6 ננומטר. זה הופך אותה לעדשה הדקה ביותר על פני כדור הארץ!
במקום להסתמך על צורה מעוקלת, העדשה עשויה טבעות קונצנטריות של WS2 עם פערים ביניהם. זה נקרא 'עדשת פרנל' או 'עדשת פלטת אזור', והיא ממקדת אור באמצעות עקיפה ולא שבירה. הגודל של הטבעות והמרחק בין הטבעות (לעומת אורך הגל של האור הפוגע בה) קובעים את אורך המוקד של העדשה. העיצוב המשמש כאן מתמקד באור אדום 1 מ"מ מהעדשה.
שיפור קוונטי
תכונה ייחודית של עדשה זו היא שיעילות המיקוד שלה מסתמכת על אפקטים קוונטיים בתוך WS2. השפעות אלו מאפשרות לחומר לספוג ביעילות ולפלוט מחדש אור באורכי גל ספציפיים, מה שמעניק לעדשה את היכולת המובנית לעבוד טוב יותר עבור אורכי גל אלו.
שיפור קוונטי זה פועל באופן הבא. ראשית, WS2 סופג אור על ידי שליחת אלקטרון לרמת אנרגיה גבוהה יותר. בשל המבנה הדק במיוחד של החומר, האלקטרון בעל המטען השלילי וה'חור' הטעון חיובי שהוא משאיר מאחוריו בסריג האטומי נשארים קשורים זה לזה על ידי המשיכה האלקטרוסטטית ביניהם, ויוצרים מה שמכונה 'אקסיטון'. אקסיטונים אלה נעלמים שוב במהירות על ידי התמזגות האלקטרון והחור יחד ושולחים אור. האור הנפלט מחדש תורם ליעילות העדשה.
המדענים זיהו שיא ברור ביעילות העדשה עבור אורכי הגל הספציפיים של האור שנשלחו על ידי האקסיטונים. בעוד שהאפקט כבר נצפה בטמפרטורת החדר, העדשות יעילות אפילו יותר כשהן מתקררות. הסיבה לכך היא שאקסיטונים עושים את עבודתם טוב יותר בטמפרטורות נמוכות יותר.
מציאות רבודה
עוד אחד מהמאפיינים הייחודיים של העדשה הוא שבעוד שחלק מהאור העובר דרכה מהווה נקודת מוקד בהירה, רוב האור עובר ללא השפעה. למרות שזה אולי נשמע כמו חיסרון, זה למעשה פותח דלתות חדשות לשימוש בטכנולוגיה של העתיד. "ניתן להשתמש בעדשה ביישומים שבהם אין להפריע לנוף דרך העדשה, אך ניתן להקיש על חלק קטן מהאור כדי לאסוף מידע. זה הופך אותו למושלם עבור משקפיים לבישים כמו למציאות רבודה", מסביר Jorik van de Groep, אחד ממחברי המאמר.
החוקרים שואפים כעת לתכנן ולבדוק ציפויים אופטיים מורכבים ורב-תכליתיים יותר שתפקודם (כגון מיקוד אור) ניתן להתאמה חשמלית. "אקסיטונים רגישים מאוד לצפיפות המטען בחומר, ולכן אנו יכולים לשנות את מקדם השבירה של החומר על ידי הפעלת מתח", אומר ואן דה גרופ. העתיד של חומרים אקציטוניים הוא מזהיר!
