متالنزها برای تصویربرداری از ویژگی‌های میکروسکوپی بافت‌ها و شناسایی جزئیات کوچک‌تر از طول موج نور استفاده می‌شوند. حالا آنها بزرگتر می شوند.
محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson (SEAS) یک فلز شیشه ای با قطر 10 سانتی متر ساخته اند که می تواند خورشید، ماه و سحابی های دوردست را با وضوح بالا تصویر کند. این اولین فلز تمام شیشه ای با طول موج مرئی در مقیاس بزرگ است که می تواند با استفاده از فناوری ساخت CMOS معمولی تولید شود.
این مطالعه در منتشر شد نانو ACS.
فدریکو گفت: توانایی کنترل دقیق اندازه ده‌ها میلیارد نانوستون بر روی یک لنز مسطح بی‌سابقه بزرگ با استفاده از پیشرفته‌ترین فرآیندهای ریخته‌گری نیمه‌رسانا، یک دستاورد نانوساختی است که فرصت‌های جدید و هیجان‌انگیزی را برای علم و فناوری فضایی باز می‌کند. کاپاسو، رابرت ال والاس، استاد فیزیک کاربردی، و وینتون هیز، پژوهشگر ارشد مهندسی برق در SEAS و نویسنده ارشد مقاله.
اکثر فلزات مسطح که از میلیون ها نانوساختار ستون مانند برای تمرکز نور استفاده می کنند، تقریباً به اندازه یک تکه زرق و برق هستند. در سال 2019، کاپاسو و تیمش فلزی در مقیاس سانتی متری را با استفاده از تکنیکی به نام لیتوگرافی طرح ریزی فرابنفش عمیق (DUV) ساختند که یک الگوی نانوساختار را طراحی و تشکیل می دهد که می تواند مستقیماً در ویفر شیشه ای حک شود.، حذف زمان‌بر نوشتن و به تعویق انداختن فرآیندهای مورد نیاز برای فلزات قبلی.
لیتوگرافی پروجکشن DUV معمولاً برای الگوسازی خطوط و اشکال ظریف در تراشه‌های سیلیکونی برای گوشی‌های هوشمند و رایانه‌ها استفاده می‌شود. Joon-Suh Park، دانشجوی سابق SEAS و دانشجوی فوق دکتری فعلی تیم کاپاسو، نشان داد که این تکنیک نه تنها می تواند برای تولید انبوه لنزهای فلزی استفاده شود، بلکه آنها را برای کاربردهای واقعیت مجازی و واقعیت افزوده نیز افزایش می دهد.
اما بزرگتر کردن فلزات برای کاربرد در نجوم و ارتباطات نوری فضای آزاد یک مشکل مهندسی را به همراه داشت.
پارک، یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «ابزار لیتوگرافی محدودیت بزرگی دارد زیرا این ابزارها برای ساخت تراشه های رایانه ای استفاده می شوند، بنابراین اندازه تراشه به بیش از 20 تا 30 میلی متر محدود نمی شود. برای ساخت عدسی با قطر 100 میلی‌متر، باید راهی برای دور زدن این محدودیت پیدا می‌کردیم.»
پارک و تیم تکنیکی را برای اتصال چندین الگوی نانوستون با استفاده از ابزار لیتوگرافی طرح ریزی DUV توسعه دادند. با تقسیم عدسی به 25 بخش، اما تنها با استفاده از 7 بخش در هر ربع برای محاسبه تقارن چرخشی، محققان نشان دادند که لیتوگرافی طرح ریزی DUV می تواند 18.7 میلیارد نانوساختار طراحی شده را در یک منطقه دایره ای 10 سانتی متری در چند دقیقه الگوبرداری کند. این تیم همچنین یک تکنیک اچینگ شیشه ای عمودی را توسعه داد که امکان ایجاد نانوستون های صاف دیواره کناری با نسبت ابعاد بالا را فراهم می کند که در شیشه حک شده اند.
Soon Wei Daniel Lim گفت: “با استفاده از همان لیتوگرافی پروجکشن DUV، متااپتیک های اصلاح کننده انحراف با قطر بزرگ یا حتی لنزهای بزرگتر را می توان روی ویفرهای شیشه ای با قطر بزرگتر تولید کرد، زیرا ابزارهای ریخته گری CMOS مربوطه در صنعت در دسترس تر می شوند.” یک همکار فوق دکترای SEAS و همکار نویسنده مقاله.
Lim نقش اصلی را در شبیه‌سازی و توصیف کامل تمام خطاهای احتمالی تولیدی که می‌توانست در طی فرآیندهای تولید انبوه رخ دهد و اینکه چگونه می‌توانند بر خواص نوری فلزات تأثیر بگذارند، ایفا کرد.
پس از پرداختن به چالش های احتمالی تولید، محققان قدرت متالن ها را در تصویربرداری از اجرام آسمانی نشان دادند.
پارک و تیم با نصب فلزی روی یک سه پایه با فیلتر رنگی و سنسور دوربین، به سقف مرکز علمی هاروارد رفتند. در آنجا، آنها از خورشید، ماه، و سحابی آمریکای شمالی، یک سحابی کم نور در صورت فلکی ماکیان در فاصله حدود 2590 سال نوری تصویربرداری کردند.
آرمان امیرژن، دانشجوی آزمایشگاه کاپاسو و یکی از نویسندگان این گزارش گفت: «ما توانستیم تصاویر بسیار دقیقی از خورشید، ماه و سحابی به دست آوریم که با تصاویر گرفته شده توسط لنزهای معمولی قابل مقایسه است.
تنها با استفاده از فلزات، محققان توانستند از همان خوشه لکه‌های خورشیدی عکسی که ناسا در همان روز گرفته شده بود، تصویر کنند.
این تیم همچنین نشان داد که لنز می‌تواند در برابر گرمای شدید، سرمای شدید و ارتعاشات شدیدی که در طی پرتاب فضایی رخ می‌دهد، بدون آسیب یا از دست دادن عملکرد نوری مقاومت کند.
به دلیل اندازه و ترکیب شیشه‌ای یکپارچه، لنز می‌تواند برای ارتباطات راه دور و کاربردهای انتقال انرژی جهت‌دار نیز استفاده شود.
این مطالعه توسط هیوکمو کانگ، کارلین کارفالت، دووک کیم، جوئل لگر، آگوستین اورباس، مارکوس اوسیاندر و ژائوی لی انجام شد. این توسط آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) به شماره کمک هزینه HR00111810001 و دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی تحت شماره جایزه FA9550-22-1-0312 پشتیبانی می شود.
