Ploché čočky ukazují obrazy vznášející se ve volném prostoru

aktualizováno 
Americkým vědcům se podařilo poprvé v dějinách vyrobit zcela nový typ čoček, jež kromě toho, že pozorované objekty zobrazují do nejmenších detailů, zároveň vytvářejí jejich 3D kopie.

Nový typ čočky, jejíž povrch je, na rozdíl od ostatních čoček, absolutně rovný, zvládne předměty osvětlené ultrafialovým světlem zobrazit ve 3D. (Zcela vpravo je pohled na 3D projekci z optického mikroskopu, vedle něj vlevo pak záběr originálního kruhového otvoru z elektronového mikroskopu. | foto: nist.gov

Prakticky všechny optické čočky, které známe, včetně těch, co máme v očích, kamerách, foťácích a spoustě dalších optických přístrojů, jsou zakřivené. Ve valné většině případů tvoří aspoň jednu jejich stranu kulová plocha, někdy se však používají i jiné tvary. Ale že by byly čočky z obou stran ploché? Jak by pak mohly ohýbat světlo?

Nejdřív teorie, pak praxe

Tak přesně to asi vrtalo hlavou výzkumným pracovníkům amerického Národního institutu standardů a technologie (National Institute of Standards and Technology, NIST), když se do vývoje ploché čočky pustili. Jedno jim bylo jasné od začátku: bez metamateriálů a nanotechnologie to nepůjde.

Naštěstí se měli o co opřít. Inspiraci nalezli u kolegů z Institutu pro atomovou a molekulární fyziku (Institute for Atomic and Molecular Physics) v Nizozemsku, kteří se podobnými otázkami zabývali dříve a popsali strukturu metamateriálu vhodného pro ploché čočky. Bez metamateriálů (se záporným indexem lomu) se v podobných případech prostě neobejdeme, neboť tyto umělé kompozity dokážou ohýbat světlo jako žádné jiné látky v přírodě. Ohnou ho v podstatě kamkoliv, klidně i dozadu.

Práce nizozemských vědců však byla čistě teoretická, takže bylo nutné její poznatky přizpůsobit praxi. Klíčovou roli při tom sehrála zejména volba části světelného spektra, ve které by měla nová čočka pracovat. Američtí výzkumníci se rozhodli pro ultrafialový obor spektra, tedy o frekvence, které se v současnosti těší velkému zájmu technologických společností.

Nanosendvičový metamateriál

Po mnoha pokusech s nejrůznějšími materiálovými kombinacemi nakonec vědci slavili úspěch. Výsledkem byl zcela nový typ čočky, jejíž povrch je na rozdíl od ostatních čoček absolutně rovný. Její hlavní předností však je, že předměty osvětlené ultrafialovým světlem zobrazuje ve 3D! Ohýbá a soustředí ultrafialové světlo tak neobvykle, že za sebou vytváří trojrozměrné, ve volném prostoru jakoby povlávající obrazy zobrazovaných objektů.

Konstrukce čočky je přitom překvapivě jednoduchá. Tvoří ji jen destička ze speciálního metamateriálu se záporným indexem lomu, ve kterém se pravidelně střídají tenounké vrstvy stříbra a oxidu titaničitého. Podle amerických vědců je navíc zhotovení takových sendviči podobných nanostruktur dnes běžnou rutinou, takže průmyslová výroba plochých čoček by měla být poměrně jednoduchá a levná.

"Obyčejné čočky zachytí z trojrozměrných objektů jenom dvě dimenze," tvrdí jeden z vynálezců Ting Xu. "Naše plochá čočka je schopna zobrazit trojrozměrné obrazy trojrozměrných objektů."

Díky použitému metamateriálu nová čočka nejenom vytváří třírozměrné repliky zobrazovaných předmětů, ale zachycuje je do nejmenších detailů, mnohdy dokonce menších než vlnová délka světla, což u klasických čoček není možné.

Nespřeberné množství aplikací

Očekává se, že nové čočky naleznou uplatnění v průmyslu i ve výzkumu, zejména na poli fotolitografie, při výrobě počítačových procesorů a manipulaci s nanoobjekty a v nanotechnologiích vůbec.

"Naše čočky poskytují jiným výzkumníkům větší flexibilitu při manipulaci s UV zářením v malých délkových měřítcích, říká Lezec, jenž se na vývoji nové čočky rovněž podílel. "Vzhledem k vysoké energii fotonů má UV záření nesčetné množství aplikací, včetně fotochemie, fluorescenční mikroskopie a výroby polovodičů. Tohle plus fakt, že naše čočky je tak snadné vyrobit, by mohlo pobídnout další badatele, aby jejich potenciál dál prozkoumali."

Autor:
 

Nejčtenější

Živého kytaristu už dnes na popové desce neuslyšíte, říká věhlasný zvukař

Allen Sides v pražském poslechovém studiu VOIX

Pracoval na skoro tisícovce alb, postavil osmnáct nahrávacích studií a jeho reprosoustavy hrají i ve studiích George...

Nekupujte náš nový Office 2019, prosí Microsoft. Ukazuje to na dvojčatech

Kampaň Microsoftu s dvojčaty ukazuje rozdíl mezi Office 2019 a Office 365....

Microsoft vytvořil sérii videí, ve kterých ukazuje nevýhody nového produktu. Poněkud překvapivé je, že je to jejich...

Jednosměrná letenka na rudou planetu se odkládá. Mars One krachuje

Ilustrace základny na Marsu, jak si ji představují v organizaci Mars One...

Firma Mars One, která slibovala soukromý let na Mars už v roce 2024, zkrachovala. Plány dostat na Mars lidské obyvatele...

Poslední Hitlerovy narozeniny nestály za nic. Supertanků se nedočkal

3D model stíhače tanků Jagdpanther, přezbrojeného na kanón ráže 128 mm tak, jak...

Na podzim 1944 se třetí říše hroutí a německé zbrojovky se snaží o nemožné. Hledají recept na zázračné zbraně,...

Tančík pro vnuka poručíka Grubera. Němci ho nasadili i proti Tálibánu

Lehké obrněné vozidlo Wiesel s 20mm kanonem

V množině bojových vozidel Bundeswehru nalezneme s trochou štěstí i malé, ale o to více zajímavé tančíky Wiesel. Do...

Další z rubriky

Vědci chtějí ověřovat Trumpovy lži „chytrým“ automatem. Komu to pomůže?

Vědci vyvíjí nástroj, který bude v reálném čase kontrolovat pravdivost výroků...

Politici rádi mluví, ale jsou často na štíru s fakty. Americká média mají žně například při ověřování výroků prezidenta...

Jak vypadá tyranosauří „bobek“ a co z něj můžeme vyčíst

Nejpravděpodobnějším původcem kostních fragmentů v koprolitu bylo mládě...

Zkamenělý exkrement dinosaura není tak jednoduché najít. Který byl první a co se z něj dá vyčíst?

Nechtěl umírat, byl bojovník, říká o Palachovi psychiatrička od jeho lůžka

Umělohmotná nádoba pod rampou Národního muzea, ve které si Jan Palach (ve...

Psychiatrička Zdenka Kmuníčková pečovala o Jana Palacha na klinice popálenin v pražské Legerově ulici od pátku 17....

Schöneck je rájem pro děti i dospělé
Schöneck je rájem pro děti i dospělé

Přemýšlíte, kde prožít zimní dovolenou s dětmi? Máme pro vás báječný tip! Kousek za hranicemi najdete areál nevídaných rozměrů a hlavně s pestrou nabídkou možností zábavy.

Najdete na iDNES.cz