बड़े पैमाने पर बड़े पैमाने पर धातुओं का उत्पादन किया जाता है - फिजिक्स वर्ल्ड

चश्मों से लेकर अंतरिक्ष दूरबीनों तक, लेंस सांसारिक से लेकर अत्याधुनिक तकनीकों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जबकि पारंपरिक अपवर्तक लेंस प्रकाशिकी का एक मूलभूत निर्माण खंड हैं, वे भारी होते हैं और यह उनके उपयोग को प्रतिबंधित कर सकता है। मेटलेंस पारंपरिक लेंसों की तुलना में बहुत पतले होते हैं और पिछले दो दशकों में इन उपकरणों की क्षमता पर काफी प्रकाश डाला गया है, जो एक आशाजनक विकल्प के रूप में चमकते हैं।

मेटलेंस "मेटा-परमाणुओं" की सरणियों से बनी पतली संरचनाएं हैं, जो प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से छोटे आयाम वाले रूपांकनों हैं। ये मेटा-परमाणु ही हैं जो प्रकाश के साथ संपर्क करते हैं और इसके प्रसार की दिशा बदलते हैं।

पारंपरिक अपवर्तक लेंस के विपरीत, मेटलेंस एक माइक्रोन से भी कम मोटे हो सकते हैं, जिससे ऑप्टिकल सिस्टम की कुल मात्रा कम हो जाती है। वे विपथन जैसी अपवर्तक लेंस से जुड़ी कुछ समस्याओं से बचते हुए आदर्श विवर्तन-सीमित फोकसिंग प्रदर्शन भी प्रदान कर सकते हैं।

नतीजतन, मेटलेंस सिकुड़ते ऑप्टिकल उपकरणों के लिए बहुत अच्छा वादा दिखाते हैं, जो बेहतर मोबाइल-फोन कैमरों से लेकर कम भारी पहनने योग्य डिस्प्ले तक कई अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकते हैं। हालाँकि, उनके जटिल डिजाइन की प्रकृति और उनकी भौतिक आवश्यकताओं के कारण, मेटलेंस अभी तक उचित व्यवहार्यता और लागत पर बड़े पैमाने पर विनिर्माण तक नहीं पहुंच पाए हैं। अब, दक्षिण कोरिया में पोहांग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (POSTECH) के शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया गया जुन्नसुक रोने एक साथ सैकड़ों सेंटीमीटर आकार के मेटलेंस बनाने की एक नई विधि विकसित की है। में प्रकाशित एक पेपर में प्रकृति सामग्री, वे वर्णन करते हैं कि कैसे उन्होंने डिस्प्ले और वर्चुअल रियलिटी (वीआर) उपकरणों में उपयोग के लिए मेटलेंस बनाने के लिए कई अलग-अलग लिथोग्राफी तकनीकों और हाइब्रिड सामग्रियों का उपयोग किया। विशेष रूप से, वे दिखाते हैं कि कैसे नैनोइम्प्रिंट लिथोग्राफी, या नैनोस्टैम्प, मेटलेंस के उत्पादन का कम लागत वाला स्केलेबल तरीका प्रदान कर सकते हैं।

जब प्रकाशिकी में पारंपरिक मोटे लेंस का उपयोग किया जाता है, तो हवा और लेंस सामग्री के बीच यात्रा करते समय प्रकाश अपवर्तित होता है, और इसके विपरीत। यह अपवर्तन ही है जो प्रकाश के मार्ग को बदलता है और इसलिए यह लेंस का आकार और उसका अपवर्तनांक है जो प्रकाश को नियंत्रित करने का आधार है।

धातुओं में अपवर्तनांक और आकार अभी भी मायने रखते हैं। लेकिन, क्योंकि मेटलेंस मैक्रोस्कोपिक रूप से सपाट होता है, यह मेटा-परमाणुओं का आकार और संरचना है जो डिवाइस के ऑप्टिकल गुणों को परिभाषित करता है।

टीम के हाइब्रिड मेटा-परमाणु टिटानिया से ढके राल से बने होते हैं जिन्हें विभिन्न आकार के ग्लास सब्सट्रेट्स की सतह पर ढाला जाता है जैसा कि "प्रदर्शन पर" चित्र में दिखाया गया है। मेटा-परमाणु 900 एनएम लंबे, 380 एनएम लंबे और 70 एनएम चौड़े हैं। टिटानिया कोटिंग केवल 23 एनएम मोटी है। इस प्रकार की उच्च-रिज़ॉल्यूशन नैनोपैटर्निंग पारंपरिक रूप से महंगी है और इसका उपयोग केवल एक समय में छोटे क्षेत्रों को कवर करने के लिए किया जा सकता है।

सिलिकॉन प्रौद्योगिकी नैनोस्टैम्पिंग से मिलती है

अब, Rho और सहकर्मियों ने तीन पहले से ही परिपक्व निर्माण प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करके मेटलेंस के उत्पादन को सरल बना दिया है। ये हैं फोटोलिथोग्राफी, नैनोइम्प्रिंट लिथोग्राफी और परमाणु परत जमाव। फोटोलिथोग्राफी में सिलिकॉन वेफर्स पर पैटर्न बनाने के लिए गहरे-पराबैंगनी लेजर का उपयोग करना शामिल है। यह इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में एक मानक तकनीक है और इसका उपयोग छोटे पैमाने के मेटलेंस बनाने के लिए भी किया जा सकता है। हालाँकि, यह एक महंगी प्रक्रिया है जो मेटलेंस के बड़े पैमाने पर निर्माण के लिए व्यवहार्य नहीं है।

मेटलेंस बनाने के लिए गहरी पराबैंगनी फोटोलिथोग्राफी का उपयोग करने के बजाय, इसका उपयोग टीम द्वारा एक मास्टर स्टैम्प को पैटर्न करने के लिए किया गया था जो 12 इंच (30 सेमी) चौड़ा था और जिसका फीचर रिज़ॉल्यूशन 40 एनएम था (चित्र "उत्पादन प्रक्रिया" देखें)। स्टाम्प का उपयोग नरम सिलिकॉन से बने प्रतिकृति मोल्ड में मेटा-परमाणु संरचना के व्युत्क्रम को अंकित करने के लिए किया गया था। फिर तरल राल को सिलिकॉन मोल्ड में डाला गया, जहां यह सख्त होने से पहले नैनोग्रूव्स में प्रवाहित हुआ। इससे टीम को एक ही समय में सैकड़ों मेटलेंस (चित्र 1 में 2 सेमी सिलेंडर) बनाने की अनुमति मिली। दरअसल, स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि में दिखाई गई परिष्कृत सतह संरचनाएं (चित्र "उत्पादन प्रक्रिया" देखें) 15 मिनट से भी कम समय में बनाई जा सकती हैं।

प्रकाश का वांछित नियंत्रण प्रदान करने के लिए राल का अपवर्तक सूचकांक बहुत कम है, इसलिए अपवर्तन सूचकांक को बढ़ाने के साथ-साथ संरचना की यांत्रिक शक्ति को बढ़ावा देने के लिए राल के ऊपर टिटानिया की एक पतली परत जमा की गई थी।

चलो प्रकाश वीआर हो

अपने मेटलेंस की क्षमता प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने उन्हें एक प्रोटोटाइप वीआर डिस्प्ले में एकीकृत किया। वाणिज्यिक वीआर उपकरण उपयोगकर्ता की आंखों के सामने आभासी छवियों को पेश करने के लिए प्रतिबिंब या विवर्तन का उपयोग करते हैं - और इसके परिणामस्वरूप भारी उपकरण बनते हैं जिन्हें प्रकाशिकी के लिए उचित फोकल लंबाई को समायोजित करना होगा। उनका मेटलेंस-आधारित वीआर डिस्प्ले ट्रांसमिशन-आधारित डिज़ाइन का उपयोग करके प्रकाश द्वारा तय की जाने वाली दूरी को कम कर देता है। यह डिस्प्ले को हल्का और पहनने में आरामदायक बनाता है। हालाँकि टीम ने केवल स्थिर छवियों के साथ अपने डिस्प्ले का परीक्षण किया, डिवाइस ने लाल, हरी और नीली रोशनी का उपयोग करके छवियां बनाकर वादा दिखाया; सभी रंगों वाले डिस्प्ले के निर्माण खंड (चित्र "प्रोटोटाइप डिस्प्ले" देखें)।

टीम का कहना है कि उनकी स्केलेबल फैब्रिकेशन विधि अधिक पारंपरिक तरीकों का उपयोग करके बनाए गए उपकरणों की तुलना में उच्च प्रदर्शन के साथ मेटलेंस का उत्पादन करती है। हालाँकि अभी भी प्रगति की बहुत गुंजाइश है, बड़े पैमाने पर उत्पादित मेटलेंस का आगमन बायोसेंसर, रंग मुद्रण और होलोग्राम - साथ ही वीआर डिस्प्ले में उनके उपयोग के लिए द्वार खोलता है।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/large-metalenses-are-produced-on-a-mass-scale/