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

Kafe jako hnůj. Trápení italského stíhače, který zabloudil do Čech

Před 60 lety se letiště v Hradci Králové stalo místem přistání italské stíhačky s mladým pilotem Ernestem De Majem. Ten...

Hackeři napadli antivirového giganta Avast. V jeho síti mohli dělat cokoli

Zní to paradoxně, ale je to tak. Česká společnost Avast, která vyrábí bezpečnostní řešení pro počítače a mobily, se...

Na cele s Meresjevem. Konec bloudění italského stíhače českou oblohou

K italskému pilotovi, který v roce 1959 zabloudil na naše území, pustily úřady představitele ambasády až po více než...

Vyvíjený sovětský supertank nepřežil rozpad komunistického impéria

V poslední půldekádě před rozpadem Sovětského svazu vyvíjeli Rusové nový výkonný tank s projektovým označením Objekt...

Programování vám pomůže chápat svět, říká slavný geek. Varuje před AI

Říkat počítači, co má dělat, je naprosto jedinečná činnost. Naučí nás to mnohem víc, než si uvědomujeme. Programovat...

Premium

Konec dovolených u Mrtvého moře? Závrtů přibývá, turistům hrozí nebezpečí

Mrtvé moře vysychá a­ dává o­ tom svému okolí dost razantně vědět. Zvyšuje se počet míst, kam už lidé nesmějí. Kde byla...

Premium

Havel byl z jiného těsta, vzpomíná v rozhovoru exprezident Klaus

Jeden z hlavních aktérů polistopadového vývoje Václav Klaus starší hovořil pro LN o nepochopení kuponové privatizace i...

Premium

Sex je snadno dostupný, ale nevěra ještě není důvod k rozchodu

Tolerance je podle něj jen povýšenecký postoj k druhému a vytváří korupční prostředí, proto do partnerských ani jiných...

  • Další z rubriky

Tyranosaurus „řval“ jako ptáci a krokodýli, zvuk vyvolává strach i dnes

Nová rekonstrukce zvuku, který vydával obávaný Tyrannosaurus rex, naznačuje, že jeho řev by vás vyděsil jinak, než...

Opíjel se jídlem. Jeho případ může pomoci lidem po celém světě

„Alkoholické“ bakterie, které ve střevech vyrábí vysoké množství alkoholu, jsou možná běžnější, než se čekalo....

Co dělají buňky, když se dusí. Nobelovu cenu za lékařství získali tři vědci

Letošní Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství obdrželi Američané William Kaelin a Gregg Semenza a Brit Peter...

Tak se dočkali. Nobelovu cenu získali tvůrci lithiových baterií

Nobelovu cenu za chemii pro rok 2019 si odnesli vědci, o jejichž vítězství se mluvilo již dlouho, autoři...

Najdete na iDNES.cz