Istraživači su površinu materijala gravirali sićušnim, precizno oblikovanim strukturama koje zajedno djeluju kao "metapovršina" koja lomi ili reflektira svjetlost na jedinstvene načine.

Promjena strukture atoma

Optička funkcija metapovršine varira s promjenama u svojstvu materijala. U ovom slučaju, kada je materijal na sobnoj temperaturi, metapovršina fokusira svjetlost dajući oštru sliku predmeta na određenoj udaljenosti. Nakon što se materijal zagrije, njegova se atomska struktura mijenja, a kao odgovor na to, metapovršina preusmjerava svjetlost kako bi se fokusirala na udaljeniji objekt.

Tako nova aktivna "metaleća" može podesiti svoj fokus bez potrebe za glomaznim mehaničkim elementima. Novi dizajn, koji trenutno slika unutar infracrvenog pojasa, može omogućiti spretnije optičke uređaje, poput minijaturnih detektora topline za bespilotne letjelice, ultrakompaktnih termalnih kamera za mobitele i naočala za noćni vid niskog profila.

Ultra tanka podesiva leća, bez pokretnih dijelova, može snimati preklapajuće objekte smještene na različitim dubinama bez aberacije.

Ugađanje materijala

Nova leća izrađena je od materijala koji se obično koristi na CD-ima i DVD-ima. Takozvani GST sadrži germanij, antimon i telur, a njegova se unutarnja struktura mijenja zagrijavanjem laserskim impulsima. To omogućuje materijalu da se prebacuje između prozirnih i neprozirnih stanja - a to je mehanizam koji omogućuje zapis, pohranjivanje i brisanje podataka pohranjenih na CD-ove.

Istraživači su u GST dodali još jedan element, selen, kako bi napravili novi materijal koji mijenja faze: GSST. Kad su zagrijali novi materijal, njegova se atomska struktura premjestila iz amorfnog, slučajnog spleta atoma u uređeniju, kristalnu strukturu. Ovaj fazni pomak ujedno je promijenio način na koji infracrvena svjetlost prolazi kroz materijal, utječući na lomnu snagu, ali s minimalnim utjecajem na prozirnost.

Tim je potom GSST-ovu sposobnost prebacivanja pokušao prilagoditi usmjeravanju i fokusiranju svjetlosti u određenim točkama, ovisno o njegovoj fazi. Tada bi materijal mogao poslužiti kao aktivna leća, bez potrebe za mehaničkim dijelovima da pomaknu fokus.

Umjesto da se oslanjaju na fiksnu zakrivljenost materijala za usmjeravanje svjetlosti, istraživači su nastojali modificirati metaleću temeljenu na GSST-u tako da se žarišna duljina mijenja s fazom materijala.

"To je poput pripreme odreska; počinjete sa sirovim mesom i potom ga pečete, da bude iznutra krvav, srednje pečen ili reš"

Izradili su GSST sloj debljine 1 mikrona i stvorili "metapovršinu" urezivanjem GSST sloja u mikroskopske strukture različitih oblika koje lome svjetlost na različite načine. Nove metaleće osvjetljavali su infracrvenim laserskim snopom, a na određenim udaljenostima ispred leće postavili su prozirne predmete sastavljene od dvostranih uzoraka vodoravnih i okomitih šipki.

Eksperimenti su pokazali da metaleća može aktivno mijenjati fokus bez mehaničkih pokreta. Istraživači misle da bi se metaleće potencijalno mogle proizvesti integriranim mikrogrijačima za brzo zagrijavanje materijala milisekundnim impulsima. One se također mogu prilagoditi srednjim stanjima drugog materijala, omogućujući kontinuirano fokusno podešavanje.

"To je poput pripreme odreska; počinjete sa sirovim mesom i potom ga pečete, da bude iznutra krvav, srednje pečen ili reš", objašnjavaju istraživači.