ガス分子に反応して光を屈折させる新素材レンズが開発される

Tokyoイエナ大学の科学者たちは、わずか数ミリメートルの小さな光学レンズを作製しました。このレンズは、気体が存在すると光の屈折方法を変化させます。この研究結果は『Nature Communications』に発表されました。

レンズは特別な種類のガラスで作られています。このガラスは、ガス分子を保持できる小さな穴を持つ独自の構造を持っています。これらの穴がレンズの機能を変化させます。

レンズに関する重要なポイントは以下の通りです：

• サイズ：数ミリメートル程度
• 素材：ハイブリッドガラス
• 分子構造：ガスを取り込むことができる空洞を持つ3D格子構造
• 変化：ガスの存在により屈折行動が変化します

カール・ツァイス財団は、この研究に資金提供しています。ロタール・ヴォンドラチェック教授は、イエナ大学でガラス化学を研究しています。彼によると、この研究チームは複数の要素に同時に反応できる材料を作っているとのことです。例えば、新しいハイブリッドガラスレンズでは、レンズ素材がガスを吸収すると光の屈折が変化します。

チームは、新しい素材に従来のガラス製造技術を適用する際に課題に直面しました。彼らは金属有機構造体を使用しましたが、これらは通常、ガスの貯蔵や分離の研究で用いられます。ところが、これらの素材は加熱すると分解しやすいため、必要な形状に加工することが困難でした。

博士課程の候補者であるオクサーナ・スミルノヴァがこの論文の主筆です。彼女は、非常に純度の高い材料を作成するプロセスを開発したと説明しています。次に、その材料を最適な形状に加工する方法を模索しました。材料を溶かして3Dプリントされた型に流し込み、希望の形に成形するために押し固めます。

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チームは慎重にレンズの形状を選びました。なぜなら、レンズのわずかな欠陥が見た目や機能にも影響を与えるからです。

この新しい方法により、私たちは多種多様な形状を作り出すことができます。それはただ小さなレンズを作るだけではありません。ヴォンドラチェック氏は、これらの材料が論理回路にも応用できると考えています。例えば、光がレンズに当たる際にガスが吸収されることで、光が特定の方法で曲がり、合成されたフィードバックを得られるのです。

他の利用方法としては、ガスを分離するための膜があります。これらの膜はガス分子が周囲にあるときに光学特性が変化します。このような部品はセンサーに使用でき、測定方法をより効率的でスペースを節約し、スマートにすることができます。

アレクサンダー・クネーベル博士はガラス化学の講座で若手研究グループを率いている。彼と彼のチームは、新しい材料製造方法を開発した。彼らの目標は極めて純度の高い材料を生産することであり、成形プロセスの改善に取り組んでいる。

この研究はさまざまな用途に新たな可能性をもたらします。この素材は簡単に成形できるため、大きな利点となっています。チームは、これらの柔軟な素材が多くの分野で役立つと信じています。