Malgré son potentiel, la technologie actuelle nécessite des dizaines de millions de won coréens pour fabriquer un métal de la taille d'un ongle, ce qui pose un défi pour la commercialisation. Heureusement, une avancée récente semble prometteuse de réduire son coût de production d'un millième du prix.

Une équipe de recherche collaborative (équipe de recherche sur la convergence POSCO-POSTECH-RIST), comprenant le professeur Junsuk Rho du département de génie mécanique et du département de génie chimique et d'autres de l'université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), a proposé deux méthodes innovantes pour produire en masse des lentilles métalliques et les fabriquer sur de grandes surfaces. Leurs recherches ont été présentées dans Laser &Photonics Reviews. .

La photolithographie, un processus utilisé dans la fabrication de lentilles métalliques en imprimant des motifs sur des tranches de silicium à l'aide de la lumière, constitue une étape de leur fabrication. En règle générale, la résolution de la lumière est inversement proportionnelle à sa longueur d'onde, ce qui signifie que des longueurs d'onde plus courtes entraînent une résolution plus élevée, permettant la création de structures plus fines et plus détaillées. Dans cette recherche, l'équipe a opté pour la photolithographie UV profonde, un processus utilisant des longueurs d'onde plus courtes de lumière ultraviolette.

L'équipe de recherche a récemment réalisé la production en masse de lentilles métalliques pour la région de la lumière visible en utilisant la photolithographie ultraviolette profonde, comme publié dans la revue Nature Materials. . Cependant, des défis sont apparus car la méthode existante a démontré une faible efficacité dans la région infrarouge.

Pour remédier à cette limitation, l’équipe a développé un matériau doté d’un indice de réfraction élevé et d’une faible perte pour la région infrarouge. Ce matériau a été intégré dans le processus de production de masse établi, ce qui a abouti à la création réussie d'un métal infrarouge de grande taille d'un diamètre de 1 cm sur une plaquette de 8 pouces.

Notamment, l’objectif possède une ouverture numérique (NA) remarquable de 0,53, mettant en évidence sa capacité exceptionnelle de collecte de lumière ainsi qu’une haute résolution proche de la limite de diffraction. La structure cylindrique le rend en outre indépendant de la polarisation, garantissant d'excellentes performances quelle que soit la direction de la vibration lumineuse.

Dans la deuxième approche, l’équipe a utilisé la nano-impression, un procédé permettant l’impression de nanostructures à l’aide d’un moule. Ce processus a utilisé le savoir-faire en matière de technique de nano-impression, accumulé grâce à une recherche collaborative avec le RIST.

Cette entreprise s'est avérée fructueuse puisque l'équipe a réussi à produire en masse un métal d'un diamètre de 5 millimètres, composé d'environ une centaine de millions de nanostructures rectangulaires sur une plaquette de 4 pouces. Ce métal présente notamment des performances impressionnantes, avec une ouverture de 0,53. Sa structure rectangulaire présentait des propriétés dépendantes de la polarisation, répondant efficacement à la direction de la vibration lumineuse.

S'appuyant sur cette réussite, l'équipe a intégré un système d'imagerie haute résolution pour observer des échantillons réels tels que l'épiderme d'oignon, validant ainsi la possibilité de commercialiser des lentilles métalliques.

Cette recherche est importante car elle surmonte les limites du processus traditionnel de production de métaux un par un. Il facilite non seulement la création de dispositifs optiques dotés de caractéristiques à la fois dépendantes et indépendantes de la polarisation, adaptées à des applications spécifiques, mais réduit également le coût de production des lentilles métalliques jusqu'à 1 000 fois.

Le professeur Junsuk Rho a déclaré :« Nous sommes parvenus à la production précise et rapide de lentilles métalliques hautes performances à l'échelle d'une tranche, atteignant des dimensions centimétriques. Notre objectif est que cette recherche accélère l'industrialisation des lentilles métalliques, favorisant ainsi l'avancement de dispositifs optiques efficaces et technologies optiques."