Новости перспективных технологий

Графен можно использовать для создания линз

Изображения с сайта science.compulenta.ru

Группа физиков из Манчестерского университета, руководимая лауреатами Нобелевской премии Андреем Геймом и Константином Новосёловым, показала, что графен можно использовать для изготовления линз с переменным фокусным расстоянием.

Оптические элементы такого типа найдут применение в камерах мобильных телефонов, веб-камерах, очках с автоматической фокусировкой. Современные методики создания линз с изменяемым фокусным расстоянием довольно сложны: разработчикам приходится размещать слой жидких кристаллов или несколько разнородных жидкостей между электродами — слоями прозрачного оксида индия и олова. Графен должен упростить и удешевить технологию производства.

Роль линз в новых экспериментах играли сферические «пузырьки», которые наблюдаются при работе с относительно крупными (диаметром более 0,1 мм) листами графена на подложке из диоксида кремния. Скорее всего, эти вздутия размером от нескольких десятков нанометров до десятков микрометров образуются из-за того, что в пространстве между графеном и подложкой оказывается захвачен воздух. Пузырьки легко различимы в оптический микроскоп и дают характерную интерференционную картину в виде концентрических колец (колец Ньютона).

Сверху показаны оптические микрофотографии пузырька, сделанные под белым (слева) и монохроматическим освещением. На обоих снимках хорошо различимы кольца Ньютона. Внизу расположены изображение и модель пузырька, полученные с помощью атомно-силового микроскопа. (Иллюстрация из журнала Applied Physics Letters.)

Авторы подготовили несколько графеновых образцов с пузырьками диаметром от 5 до 10 мкм и контактами, выполненными из золота и титана; подавая управляющее напряжение, которое варьировалось от −35 до +35 В, они фотографировали устройства с использованием узкополосного фильтра на 510 нм. Как оказалось, положение интерференционных максимумов и минимумов колец Ньютона зависит от напряжения, причём отрицательные значения последнего позволяют уменьшать радиус колец. Реконструировав форму вздутий по результатам измерений, учёные подсчитали, что радиус кривизны одного пузырька уменьшается с 31,3 мкм при 0 В до 26,7 мкм при −35 В.

Чтобы использовать графен в оптике, необходимо заполнить пузырьки жидкостью с высоким показателем преломления или накрыть их плоским слоем такой же жидкости. Если эту систему рассматривать как тонкую линзу, фокусное расстояние f можно представить в виде f ~ R/(n2 — n1), где R — радиус кривизны пузырька, а n1 и n2 — показатели преломления среды внутри и вне пузырька. Следовательно, в опыте было продемонстрировано изменение фокусного расстояния Δf/f, примерно равное 15%.

Форма пузырька при разных значениях управляющего напряжения (иллюстрация из журнала Applied Physics Letters). Форма пузырька при разных значениях управляющего напряжения (иллюстрация из журнала Applied Physics Letters).

Полная версия отчета опубликована в журнале Applied Physics Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Информация с сайта science.compulenta.ru со ссылкой на материалы Physicsworld.Com.

Автор оригинального текста: Дмитрий Сафин.