La lente más delgada de la Tierra tiene sólo tres átomos de espesor. Manipula la luz mediante efectos cuánticos.

Investigadores de la Universidad de Amsterdam y la Universidad de Stanford han creado una increíble lente plana que tiene sólo tres átomos de espesor. Es una innovación que podría allanar el camino para el desarrollo de gafas de realidad aumentada (RA) de próxima generación, unas que nunca notarías porque son muy delgadas, entre otras aplicaciones interesantes.

lente cuántica

Durante siglos, las lentes se han basado en su forma curva para curvar y enfocar la luz. Esta curvatura nos permite enfocar la luz, haciendo que los objetos distantes se vean nítidamente o magnificando pequeños detalles. Esta nueva lente diminuta, sin embargo, utiliza el poder de la mecánica cuántica para lograr el mismo efecto en un diseño plano y ultrafino.

La lente está hecha de una sola capa de disulfuro de tungsteno (WS2) y tiene una serie de anillos concéntricos con espacios entre ellos. Este diseño, conocido como lente de Fresnel, difracta la luz en lugar de refractarla, consiguiendo un enfoque sin necesidad de curvatura. La lente en sí tiene medio milímetro de ancho y 0,0000006 milímetros de grosor: es, con diferencia, la lente más delgada de la Tierra.

Sin embargo, lo que realmente distingue a esta lente es su explotación de los efectos cuánticos dentro del material WS2. Estos materiales exhiben fuertes interacciones luz-materia debido a resonancias de excitones. Los excitones son estados unidos de un electrón y un hueco, que se crean cuando la luz interactúa con un semiconductor. Al examinar las tasas de desintegración excitónica, los investigadores encontraron que estas tasas afectan significativamente la eficiencia de enfoque de una lente atómicamente delgada tallada en WS2.

Cuando la luz interactúa con la lente, excita los electrones del material y forma excitones. Estos excitones desempeñan un papel crucial en la absorción y reemisión eficiente de luz en una longitud de onda específica, sintonizando efectivamente las propiedades ópticas del material. Los investigadores también encontraron que a temperaturas criogénicas (muy frías), la eficiencia óptica de la lente aumentaba.

Lente del futuro

Este innovador diseño de lente cuenta con varias ventajas que lo hacen ideal para aplicaciones AR. Debido a que la lente permite que la mayor parte de la luz pase sin obstáculos, ofrece una visión clara para el usuario y al mismo tiempo enfoca una pequeña porción de luz para el procesamiento de la información. Esto elimina la posible obstrucción de la visión que puede ocurrir con las lentes tradicionales.

El equipo de investigación ahora busca crear recubrimientos ópticos más complejos y multifuncionales. Al aplicar una carga eléctrica, esperan ajustar dinámicamente las propiedades de la lente, como su distancia focal.

«Los excitones son muy sensibles a la densidad de carga del material, por lo que podemos cambiar el índice de refracción del material aplicando un voltaje», dice Jorik van de Groep, líder de Nanofotónica 2D en la Universidad de Ámsterdam y uno de los autores del nuevo estudio.

Esto abre las puertas al desarrollo de lentes adaptativas que puedan controlarse electrónicamente. El éxito de esta investigación pone de relieve el apasionante potencial de los materiales cuánticos como WS2.

Los hallazgos aparecieron en la revista. Nano letras.