世界上第一个大规模生产可见波长的超透镜

您讨厌智能手机背面的摄像头凸起吗？一种名为超透镜的新型光学元件，被世界经济论坛评为 2019 年十大未来技术之一。这种由纳米结构阵列组成的轻薄光学器件目前是科学界关注的焦点，甚至出现在《自然光子学》的特刊中。然而，超透镜的生产需要高度精确的技术并且可能很昂贵，这对其可扩展制造提出了挑战。

在一项突破性的成就中，由浦项科技大学机械工程系、化学工程系教授Junsuk Rho领导的研究团队成功地大规模生产了可见光超透镜，这是世界上第一个这样做的团队。该团队还包括博士候选人Joohoon Kim和Junhwa Seong（POSTECH机械工程系），以及韩国大学材料科学与工程系的Heon Lee和Wonjoong Kim教授，以及工业科学与技术研究所（RIST）的Gyoseon Jeon博士和Dong Hyun Yoon博士。他们的研究结果最近发表在《自然材料》杂志上。

该团队通过结合半导体和显示器制造中使用的两种技术克服了制造工艺的局限性：光刻使用光在基板上形成图案，类似于照相，而纳米压印光刻涉及使用具有纳米尺寸图案的印模将图案印刷到基材。

研究人员首先使用电子束光刻技术创建了一个单一图案，然后使用深紫外ArF光刻技术复制了该图案以创建12英寸的主印章。使用印模和纳米压印光刻，他们能够成功地高速生产直径为1厘米的超透镜。

基于纳米压印技术的传统纳米级结构具有低折射率，导致效率非常低，约为10%，需要大量成本才能提高效率。研究团队通过在透镜上涂上一层约20纳米的二氧化钛(TiO2)薄层，成功地将透镜的效率提高了90%。通过结合这两种技术，该团队能够通过简单的工艺大量生产高性能超透镜。

该团队还通过创建能够以红色、绿色和蓝色显示图像的轻型虚拟现实(VR)设备展示了超透镜的实用性。该研究通过两种现有技术的协同作用，向超透镜的商业化迈进了一步，并已被选为由POSCO资助的POSCO-POSTECH-RIST融合研究所的首个项目。超透镜量产的成功有望加速其商业化进程，并为POSCO从钢铁制造商转型为面向未来的材料公司提供重要机遇。

针对这项研究的成功，首席研究员Junsuk Rho教授分享了他对这项成果的看法：“这项研究证明了将超材料研究的可能性，超材料研究已经处于研究阶段20年，没有商业化，走向工业化阶段，并应用到现实生活中。这一成果的意义在于，我们成功实现了晶圆级可见光超透镜的量产，这是世界上最先进的技术。”

这项研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)三星未来技术研究资助和孵化中心POSCO的资助。

这项研究于3月23日发表于《自然材料》杂志。

DOI:10.1038/s41563-023-01485-5