پژوهشگران نشان دادند که برای تولید لنزهای جدید می‌توان به جای نانوستون، از نانوحفره روی سطح لنزها استفاده کرد تا با کارایی بالا بتوان نور را متمرکز کرد.
متاسطح‌ها (Metasurfaces) ساختارهایی در مقیاس نانو هستند که با نور برهمکنش دارند. امروزه بیشتر متاسطح‌ها از نانوستون‌های یکپارچه برای تمرکز، شکل‌دهی و کنترل نور استفاده می‌کنند. هرچه نانوستون‌های متاسطح بلندتر باشد، زمان بیشتری برای عبور نور از ساختار نانو طول می‌کشد و متاسطح امکان کنترل نور را پیدا می‌کند. اما ستون‌های بسیار بلند تمایل به سقوط یا چسبیدن به هم دارند.
به جای ساختن سازه‌های بلند، راه دیگری را پیشنهاد می‌کنید؟
در مقاله‌ی اخیر محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد (SEAS)، پژوهشگران یک سطح فوقانی ایجاد کردند که از حفره‌های بسیار عمیق و باریک و نه ستون‌های بسیار بلند استفاده می کند تا نور را روی یک نقطه متمرکز کند. نتایج این تحقیق در Nano Letters منتشر شده است.
در سطح فوقانی این ساختار بیش از ۱۲ میلیون حفره در غشای ۵ میکرومتری سیلیکونی حفر شده است. قطر این حفره‌های عمیق و نازک تنها چند صد نانومتر است و نسبت ابعاد – نسبت عمق به عرض – تقریبا ۳۰: ۱ است. این اولین بار است که از حفرههایی با نسبت ابعاد بالا در متااُپتیک استفاده می‌شود.
فدریکو کاپاسو می‌گوید: «این رویکرد ممکن است برای ایجاد متالنزهای آکروماتیک بزرگ استفاده شود که رنگ‌های مختلف نور را بر روی یک نقطه کانونی متمرکز می‌کند و راه را برای نسلی از اپتیک‌های مسطح با نسبت بالا هموار می‌کند.»
دانیل لیم، نویسنده اول مقاله می‌گوید: «اگر شما سعی می‌کردید ستون‌هایی با این نسبت بسازید، آن‌ها سقوط می‌کردند. در پلتفرم حفره‌دار، نسبت ابعاد قابل دسترس نانوساختارهای نوری بدون از بین بردن استحکام مکانیکی، افزایش می‌یابد.»
درست مانند نانو ستون‌ها، که اندازه آن‌ها برای تمرکز نور متفاوت است، فلزهای حفره دار دارای حفرههایی با اندازه‌های متفاوت هستند که دقیقاً روی قطر عدسی ۲ میلی‌متر قرار گرفته‌اند. تغییر اندازه حفره، نور را به سمت مورد نظر متمرکز می‌کند.
مرینا مرتسکا از دیگر محققان این پروژه می‌گوید: «متاسطح‌های حفره‌دار با کنترل محدودیت و انتشار نور در یک فضای وسیع، ابعاد جدیدی به طراحی لنز می‌بخشد و کارکردهای جدیدی را ممکن می‌سازد. حفره‌‌ها را می‌توان با مواد نوری غیر خطی پر کرد، که منجر به ایجاد طول موج چندگانه و دستکاری نور می‌شود.»