Hyperboliska metamaterial är konstgjorda strukturer som kan bildas genom att avsätta alternerande tunna lager av en ledare som silver eller grafen på ett substrat. En av deras speciella förmågor är att stödja förökning av en mycket smal ljusstråle, som kan genereras genom att placera en nanopartikel på dess övre yta och belysa den med en laserstråle.
Det är extremt utmanande att i praktiken förverkliga bilder med subvåglängd av okända och godtyckliga objekt, men som University of Michigan och Purdue University forskare rapporterar in APL Photonics , det är inte alltid nödvändigt att få en fullständig bild när något om objektet redan är känt.
"Ett välbekant exempel från vardagen är fingeravtrycket, " sa Theodore B. Norris, vid University of Michigan. "Ett fingeravtrycksigenkänningssystem behöver inte få en fullständig högupplöst bild av fingeravtrycket-det behöver bara känna igen det." Så Evgenii E. Narimanov, en av medförfattarna, började fundera på om objekt i nanometerskala kunde identifieras utan att behöva få fullständiga bilder.
Strålens utbredningsriktning inuti ett hyperboliskt metamaterial beror på ljusets våglängd. Genom att svepa det infallande ljusets våglängd, den smala strålen skannar över det nedre hyperboliska metamaterialet och dess luftgränssnitt. Om nano-objekt placeras nära det nedre gränssnittet, de sprider ut ljus; denna spridning är starkast när den smala strålen riktas mot dem.
"Vi kan mäta den spridda ljuseffekten med hjälp av en fotodetektor och plotta den spridda ljuseffekten mot våglängden för det infallande ljuset, "sade Zhengyu Huang, en doktorand vid University of Michigan. "En sådan plot kodar för rumslig information om nanoobjekten genom våglängden för spridningstoppen i tomten och kodar deras materialinformation genom toppens höjd."
Handlingen fungerar som ett "fingeravtryck, " som gör det möjligt för forskarna att bestämma avståndet för ett bottennanoobjekt som ska avkännas i förhållande till den översta nanopartikeln, liksom separationen mellan två nanoobjekt, och deras materialkomposition.
Att få tillgång till världen i nanoskala via optik har varit en av de mest eftersträvade gränserna inom optik under det senaste decenniet. "Det traditionella mikroskopet är begränsat i upplösning av ljusets våglängd, "sa Huang." Och, med ett konventionellt mikroskop, den minsta egenskap man kan lösa är cirka 250 nanometer för synligt ljus - även känt som Abbe -gränsen. "
Att gå bortom denna gräns och lösa mindre funktioner kräver lite avancerad teknik. "De flesta är bildbehandlingsmetoder, med bilder som innehåller föremålen av intresse som mått, "förklarade Huang." Men istället för att följa bildmetoden, vårt arbete visar en ny väg att få rumslig och materiell information om den mikroskopiska världen genom "fingeravtryck" -processen. " den kan lösa två objekt som bara ligger 20 nanometer från varandra - långt bortom Abbe -gränsen.
"Vårt arbete kan eventuellt hitta tillämpningar inom biomolekylära mätningar, "Huang sa. "Människor är intresserade av att bestämma avståndet mellan två biomolekyler med nanoskala separation, till exempel, som kan användas för att studera interaktionen mellan proteiner. Och vår metod kan också användas för industriell produktövervakning för att avgöra om nanostrukturerade delar tillverkades enligt specifikationer. "
