镜头能有多薄？当透镜由使用量子效应聚焦入射光的二维半导体组成时，它可能只有三个原子厚。
荷兰和美国的研究人员表示，他们已经用单层2D半导体超表面构建了这种透镜。带板透镜设计尺寸为 0.5 mm，但厚度仅为 0.6 nm。超表面内的激子塑造衍射光的波前。
一切都在材料中
带板透镜由二硫化钨（WS）的同心环组成2），它属于一组称为单层过渡金属硫族化合物或TMD的2D半导体。 科学家们有多种方法可以操纵这些材料中激子的光散射，这使得TMD成为纳米光子系统的绝佳候选者。
位于荷兰阿姆斯特丹大学和美国斯坦福大学的一个团队使用去角质技术来构建 WS2在蓝宝石基板上涂上单层，然后研究人员将带板图案蚀刻到透镜材料中。一个在一维空间中只有三个原子厚的结构无法支撑自身，因此它仍留在透明基底上。
“透明基板的确切选择（例如改用石英而不是蓝宝石）对光 - 物质相互作用的强度有非常微妙的影响，但这对镜头的性能没有强烈影响，”阿姆斯特丹大学的Jorik van de Groep说，他是该研究的通讯作者之一。
根据van de Groep的说法，与通过传统去角质技术产生的单层TMD的尺寸相比，本研究中开发的带板透镜的直径很大。研究小组的另一名成员，斯坦福大学的Fang Liu开发了一种称为黄金辅助去角质的方法，以创建多平方毫米的单层。“这种技术利用超光滑的金膜选择性地从大块晶体上剥离第一层，”van de Groep解释道。
测试镜头
透镜设计针对波长为 615 nm 的光进行了优化。研究人员绘制了透镜的光致发光图，并在2 eV处发现了一个清晰的峰值，这是该材料的特征激子发射。线宽比WS窄10 meV2通过常规化学气相沉积形成的层。将带板透镜冷却到低温可提高单层TMD的聚焦效率。
根据 van de Groep 的说法，该团队面临的最大挑战是利用他们现有的设备以可控的方式测量低温镜头的性能。“虽然在低温下测量反射光谱相对简单，但对焦点强度进行定量分析被证明是非常具有挑战性的，”他说。
未来发展方向
接下来，阿姆斯特丹-斯坦福团队将尝试用他们的原子薄光学元件实现更复杂的光学功能。他们希望用电压来控制这些光学功能。
这项研究可能会导致未来的增强现实（AR）眼镜。“图像在用户眼中的投影将需要多色光学元件，”van de Groep 说。“然而，当前镜头的透射率非常高，可以提取非常小的光（在这种情况下是红色）并将其投射到相机/成像系统上，以从环境中提取可用于确定投射的信息，而不会干扰用户的视线。使用TMD制成的AR头饰可能还需要堆叠多种材料，在不同波长下具有峰值激子效率。
