Суперлинзы: на пороге создания почти совершенных линз

Суперлинзы позволят вам увидеть вирус в капле крови и сделают возможным улучшение и удешевление товаров в области электроники. Это позволит создать микроскопы с ультравысоким разрешением, которые станут такой же обыденностью, как видеокамеры в наших мобильных телефонах.

Пока еще никому не удалось создать суперлинзы, известные также как совершенные линзы, несмотря на непрекращающиеся попытки. Возможности оптических линз ограничены природой света, так называемым дифракционным пределом, поэтому даже лучшие образцы не позволяют нам увидеть объекты меньше 200 нанометров, что примерно соответствует размеру самых маленьких бактерий. Сканирующие электронные микроскопы намного превосходят своих оптических собратьев по этому параметру, и для них это значение равняется 1 нанометру. Но их недостаток заключается в высокой цене, громоздкости и низкой портабельности.

Для создания суперлинз потребуются особые метаматериалы: искусственные материалы с такими свойствами, которые невозможно встретить в природе. Ученые уже занимаются разработкой подобных метаматериалов, с целью сделать сказку былью и воплотить в жизнь такие, на первый взгляд волшебные вещи, как плащ-невидимка, квантовая левитация и суперлинзы.

Дурду Гуней, старший преподаватель в области электрической и компьютерной техники в Мичиганском технологическом университете, сделал важный шаг в сторону создания суперлинз, которые позволят создать новое поколение микроскопов, с разрешающей способностью в 100 нанометров.

Секрет заключается в плазмонах, плазменных колебаниях около поверхности тонкой металлической пленки в сочетании с особыми наноструктурами. При возбуждении электромагнитным полем, они собирают световые волны около объекта и преломляют его таким образом, который не встречается в природе и называется отрицательной рефракцией. Это позволяет линзе преодолеть дифракционный лимит. И с случае с моделью Гуней, это позволит нам увидеть объекты, размером с одну тысячную толщины человеческого волоса.

Другим ученым также удалось обойти дифракционный лимит, хотя и не во всем диапазоне видимого света. Модель Гуней продемонстрировала, как метаматериалы могут использоваться для преломления световых волн, начиная с инфракрасного, на всем протяжении видимого диапазона, и вплоть до ультрафиолетового спектра.

Стоимость производства подобных суперлинз будет невысокой, что позволит применять их, в том числе, в мобильных телефонах.

"Они могут применяться в литографии", - микротехнологии производства электроники. "Линзы ограничивают минимальный размер, который вы можете произвести, и замена старых линз на суперлинзы позволит производить более мелкие детали по меньшей цене".

Компьютерные чипы создаются с применением ультрафиолетовых лазеров, которые дорого стоят и трудны в производстве. "С нашими суперлинзами, вы можете использовать красный лазер, как в широко распространенных лазерных указках, что позволит создавать простые, дешевые устройства, просто поменяв линзы".

Но больше всего Гуней рад тому, что дешевые и доступные суперлинзы откроют новый мир, который в прошлом был доступен только ограниченному числу избранных ученых, для широкой общественности.

"Общественный доступ к мощным микроскопам практически отсутствует", - сказал он. "С появлением суперлинз любой сможет почувствовать себя ученым. Люди смогут выкладывать фото своих клеток в Фейсбуке. Это может вызвать новую волну интереса к науке в обществе".

Оригинал (на англ. языке): Sciencedaily

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов