Поделиться
Суперлинза: дифракционный предел преодолен
Ученым удалось создать линзу с разрешением, превосходящим дифракционный предел. Новый инструмент, разрешение которого достигает одной шести длины волны, позволяет получать изображения объектов микронных размеров и сможет найти применение, в частности, в области нанотехнологий. Традиционный метод увеличения изображений основан на искривлении и последующем фокусировании отраженных от предмета световых лучей каким-либо материалом с положительным коэффициентом преломления. Еще недавно считалось, что предел возможному в оптике ставит фундаментальный рэлеевский критерий разрешения оптических приборов. Он заключается в том, что минимальный размер различимого объекта принципиально ограничен дифракцией излучения. Критерий Рэлея является одной из иллюстраций принципа неопределенности Гейзенберга, согласно которому любая попытка повысить степень локализации положения источника света приводит к возрастанию неопределенности импульса фотонов. При рассеянии фотонов в максимальном диапазоне углов точность определения положения не может быть больше, чем половина длины волны отраженного света.Тем не менее, фундаментальное ограничение удалось преодолеть. Как сообщает PhysicsWeb, американским ученым удалось создать линзу с отрицательным коэффициентом преломления, которая имеет разрешение, равное одной шестой длины волны. Это стало возможным, поскольку законы обычной оптики применимы только для дальней зоны взаимодействия света с объектом – той, которая превышает длину волны падающего излучения. Однако эти ограничения не относятся к так называемому «ближнему световому полю». Оно локализовано на расстояниях много меньших, чем длина оптических волн и ассоциируется с областью, в которой существует излучение нерадиационной природы, амплитуда которого экспоненциально уменьшается по мере увеличения расстояния от границы раздела сред. Нанометровая оптика основана на регистрации в дальней зоне чрезвычайно слабых следов взаимодействия света с микрообъектом, находящимся в именно ближнем световом поле. Для этого используются экзотические материалы с отрицательным показателем преломления.
Потенциальная возможность изготовления искусственно структурированных на нанометровом уровне материалов, обладающих такими необычными свойствами, была предсказана российским физиком Виктором Веселаго еще в 1968 г, почти за сорок лет до реализации на практике. В апрельском выпуске журнала Science физик из университета штата Калифорния Сян Чжан (Xiang Zhang) описал изготовленную его группой «суперлинзу», представляющую собой серебряную пленку толщиной всего 35 нм, которая, как маска, накладывается на исследуемый объект. Слабые электромагнитные волны от ближнего поля объекта, достигающие поверхности пленки, возбуждают электрические осцилляции на субволновом уровне, известные специалистам как "поверхностные плазмоны", которые затем усиливаются и регистрируются. Такая линза впервые оказалась способной «разглядеть» объекты размером 40 нм, в то время как самые мощные оптические микроскопы имеют разрешающую способность около 400 нм (одна десятая размера красных кровяных телец).
#gallery#
«Наше изобретение имеет громадный потенциал, оно способно оказать революционное воздействие многие прикладные области как, например, биомедицину или оптическую литографию», - полагает г-н Чжан. Джон Пендри (John Pendry) из Имперского колледжа Лондона и Дэвид Смит (David Smith) из Графского университета в США, ведущие специалисты в этой области, согласны со своим коллегой и считают, что это поистине выдающее достижение современной прикладной науки.
Короткая ссылка
