Уникальные оптические свойства дисульфида молибдена позволили создать из него самую тонкую в мире линзу - «Наука и технологии»

Группа ученых из австралийского Национального университета (Australian National University, ANU), возглавляемая доктором Юеруи Лью (Dr Yuerui Lu) добилась успеха в создании того, что можно назвать самой тонкой в мире оптической линзой. Толщина этой линзы составляет одну двухтысячную долю от толщины человеческого волоса, а изготовлена она из кристалла дисульфида молибдена, вещества, обладающего при некоторых условиях, целым набором уникальных оптических свойств. Следует отметить, что данное достижение может стать основой для создания миниатюрных оптических систем высококачественных камер для смартфонов, других портативных электронных устройств, гибких дисплеев и многого другого.

"Материал этого типа уже некоторое время является перспективным кандидатом для электроники будущего поколения, где он может послужить заменой традиционному кремнию" - рассказывает доктор Лью, - "Теперь мы открыли его новую сторону. И используя свойства тонкопленочного дисульфида молибдена, мы сможем создавать сложные оптические системы, подражающие строению и функционированию фасетчатых глаз насекомых".

Толщина линзы из дисульфида молибдена составляет всего 6.3 нанометра и это намного меньше толщины ультратонких линз предыдущего поколения, толщина которых составляла 50 нанометров и которые были изготовлены из метаматериала на основе золотых "нанокирпичиков".
Группе доктора Лью удалось изготовить кристаллы дисульфида молибдена, толщиной 6.3 нанометра, что соответствует толщине 9 атомных слоев. Из этой тонкой пленки лазером была вырезана заготовка круглой линзы, радиусом 10 микрон. Затем, при помощи сфокусированного ионного луча, позволяющего "сбривать" с поверхности слои атомов, линзе была придана округлая форма.

Оказалось что слой дисульфида молибдена, толщиной 0.7 нанометров, оказывает на свет сильное преломляющее воздействие, такое же, которое оказывают на свет линзы из других материалов, толщиной минимум в 38 нанометров, т.е., в 50 раз толще. Этот эффект возникает за счет явления дифракции и вмешательства атомов материала в фазу фотонов света.

"Мы сначала не смогли определить, почему дисульфид молибдена имеет столь удивительные свойства" - рассказывает доктор Лью. Для выяснения этого была разработана математическая модель, которая показала, что из-за высокого коэффициента преломления свет многократно отражается от внутренних поверхностей линзы, проходя в ее среде гораздо большую дистанцию, нежели ее толщина.

Проведенные исследования и расчеты показали, что коэффициент преломления света тонкой пленкой дисульфида молибдена, который и определяет силу воздействия этого материала на свет, имеет высокое значение и равен 5.5. Для сравнения, блистающие алмазы имеют коэффициент преломления в 2.4, а коэффициент преломления воды составляет 1.3.

"Дисульфид молибдена - удивительный материал. Он выдерживает воздействие высоких температур, он является полупроводником и он способен излучать фотоны света" - рассказывает доктор Лью, - "Мы открыли его способность управлять потоком света на атомарном уровне и это открывает путь процессу беспрецедентной миниатюризации оптических компонентов и их интеграции в структуру традиционных полупроводниковых чипов".