Bọt graphene có thể tạo thành những thấu kính tốt hơn

Một cái bọt graphene nhỏ xíu có thể dùng làm một thấu kính quang học với tiêu cự có thể điều chỉnh được. Đó là kết luận của các nhà vật lí ở Anh, họ vừa chứng minh rằng độ cong của những cái bọt như vậy có thể điều khiển bằng cách tác dụng một điện áp ngoài. Các dụng cụ dựa trên khám phá này có thể có công dụng trong những hệ tiêu cự thích ứng nhằm bắt chước cách thức hoạt động của mắt người.

Graphene là một tấm carbon chỉ dày một nguyên tử và có nhiều tính chất cơ và điện tử độc nhất vô nhị. Nó cực kì đàn hồi và có thể kéo căng lên tới 20%, nghĩa là những cái bọt với hình dạng khác nhau có thể “thổi” từ chất liệu trên. Tính chất này, cùng với thực tế graphene là trong suốt đối với ánh sáng nhưng không thể xuyên qua đối với đa số chất lỏng và chất khí, có thể khiến chất liệu trên lí tưởng cho việc chế tạo những thấu kính quang học tiêu cự thích ứng.

Những thấu kính như thế đã được sử dụng trong camera điện thoại di động, webcam và kính mắt tiêu cự tự động, và thường được chế tạo bằng những tinh thể lỏng hay chất lỏng trong suốt. Mặc dù những dụng cụ như vậy hoạt động tốt, nhưng chúng tương đối khó chế tạo và chế tạo tốn kém. Trên nguyên tắc, các dụng cụ quang thích ứng gốc graphene có thể chế tạo bằng phương pháp đơn giản hơn nhiều so với những phương pháp dùng cho những dụng cụ hiện nay. Chúng còn có khả năng rẻ hơn nếu các quá trình quy mô công nghiệp để sản xuất các dụng cụ graphene có mặt trên thị trường.

Ảnh chụp qua kính hiển vi lực nguyên tử của một cái bọt graphene. Cái bọt có đường kính chừng 3 µm. (Ảnh: Applied Physics Letters)

Những cái bọt nhỏ xíu

Nay Andre Geim và Konstantin Novoselov – hai người cùng nhận Giải Nobel Vật lí 2010 cho sự khám phá ra graphene – vừa chế tạo ra những dụng cụ nhỏ xíu cho thấy graphene có thể sử dụng như thế nào trong các hệ quang học thích ứng. Làm việc với các đồng nghiệp tại trường Đại học Manchester, các nhà vật lí bắt đầu với việc tạo ra những mảng graphene lớn trên chất nền silicon oxide phẳng. Khi không khí bên dưới graphene không thể thoát ra ngoài, thường thì một cái bọt chất liệu ấy sẽ hình thành. Những cái bọt đó cực kì bền và có kích cỡ đa dạng với đường kính từ vài chục nano mét đến hàng chục micro mét.

Để chứng minh những cái bọt đó có thể hoạt động như những thấu kính tiêu cự thích ứng, đội khoa học đã chế tạo những dụng cụ chứa các điện cực tỉtanium/vàng gắn với các bọt trong một bố trí kiểu transistor. Theo cách này, các nhà nghiên cứu đã có thể tác dụng một điện áp cổng lên cấu hình. Sau đó, họ thu ảnh hiển vi quang học của các cấu trúc trong khi điều chỉnh điện áp từ - 35 lên + 35 V. Đúng như trông đợi, họ nhin thấy hình dạng của những cái bọt từ chỗ bị cong nhiều trở nên phẳng hơn khi điện áp thay đổi.

Theo các nhà nghiên cứu, những thấu kính hoạt động thực tế có thể chế tạo bằng cách lấp đầy những cái bọt graphene bằng một chất lỏng chiết suất cao hoặc bằng cách phủ lên trên bọt một lớp phẳng chất lỏng này.

Vậy tiếp theo sẽ là gì? “Chúng tôi vừa chứng minh rằng việc điều khiển độ cong của những cái bọt này là một công việc dễ dàng”, Novoselov nói. “Chúng tôi hiện đang bắt đầu tiến hành những thí nghiệm khác trong đó những sự biến dạng phức tạp hơn ở graphene sẽ được tạo ra và được điều khiển”.

Nguồn: physicsworld.com