Lenti e cristalli liquidi: il connubio che rivoluzionerà l’ottica

Da più di 500 anni, gli esseri umani hanno imparato a rifrangere la luce modellando il vetro e ottenendo delle lenti, utilizzandole amplificare e definire le immagini sia in primo piano che in lontananza. Ma nell’ultimo decennio circa, un gruppo guidato dal ricercatore Federico Capasso dell’Università di Harvard ha iniziato a trasformare il campo della scienza ottica, ingegnerizzando superfici ottiche piatte impiegando milioni di minuscoli pilastri di quarzo microscopicamente sottili e trasparenti per diffrangere e modellare il flusso di luce proprio come fa un’ordinaria lente in vetro, ma senza i difetti che in genere limitano l’uso di questo materiale.

La tecnologia in questione è stata considerata tra le prime 10 tecnologie emergenti dal World Economic Forum (WEF) nel 2019, che ha osservato il modo in cui queste lenti, sempre più piccole e più sottili, avrebbero presto preso piede nell’industria degli smartphone, dei sensori, delle linee di fibre ottiche e dei dispositivi medici. “Rendere più piccoli gli obiettivi utilizzati da telefoni cellulari, computer e altri dispositivi elettronici è qualcosa che va oltre le capacità delle tradizionali tecniche di taglio e curvatura del vetro“, secondo il WEF. “Queste lenti minuscole, sottili e piatte potrebbero sostituire le ingombranti lenti di vetro attuali e consentire un’ulteriore loro miniaturizzazione nei sensori e nei dispositivi di imaging medico“.

Queste particolari lenti saranno trattate con cristalli liquidi, per ottenere quelle che i ricercatori hanno definito “metalenti”

Ora, il professore di fisica della Case Western Reserve University Giuseppe Strangi e i suoi collaboratori di Harvard hanno fatto un passo avanti importante per rendere queste “metalenti” ancora più funzionali, rendendole “riconfigurabili“. Ciò è stato possibile sfruttando forze su scala nanometrica al fine di inserire cristalli liquidi tra quei pilastri microscopici, consentendo agli scienziati di modellare e diffrangere la luce in modi completamente nuovi, “sintonizzando il potere di focalizzazione“, usando le parole di Strangi. I cristalli liquidi sono particolarmente utili perché possono essere manipolati termicamente, elettricamente, magneticamente o otticamente, il che crea il potenziale per realizzare lenti flessibili o riconfigurabili.

“Riteniamo che questo possa rivoluzionare l’ottica come la conosciamo dal XVI secolo“, ha affermato Strangi. “Fino a poco tempo fa, una volta che una lente di vetro veniva modellata in una curva rigida, poteva piegare la luce solo in un modo, a meno che non fosse combinata con altre lenti o spostata fisicamente“, spiega Strangi. Le metalenti potrebbero cambiare tutto questo perchè consentono di ingegnerizzare il fronte d’onda controllando fase, ampiezza e polarizzazione della luce. Ora, grazie ai cristalli liquidi, i ricercatori sono stati in grado di impiegare questa nuova classe di metalenti in ambiti scientifici nuovi, ottenendo una “luce riconfigurabile“. “Questo è solo il primo passo, ma ci sono molte possibilità di utilizzo per queste lenti e siamo già stati contattati da aziende interessate a questa tecnologia“, ha detto Strangi.