Суперлинза

Суперлинза , или суперлинза , — это линза , в которой используются метаматериалы , позволяющие выйти за пределы дифракционного предела . Дифракционный предел — это особенность обычных линз и микроскопов , которая ограничивает точность их разрешения в зависимости от длины волны освещения и числовой апертуры (ЧА) объектива. Было предложено множество конструкций линз, которые тем или иным образом выходят за пределы дифракционного предела, но каждая из них сталкивается с ограничениями и препятствиями. ^[1]

История

В 1873 году Эрнст Аббе сообщил, что обычные линзы не способны уловить некоторые мелкие детали любого изображения. Суперлинза предназначена для улавливания таких деталей. Это ограничение обычных линз затормозило прогресс биологических наук . Это связано с тем, что вирус или молекулу ДНК невозможно различить с помощью обычных микроскопов с самой высокой мощностью. Это ограничение распространяется на мельчайшие процессы перемещения клеточных белков вдоль микротрубочек живой клетки в их естественной среде. Кроме того, компьютерные чипы и связанная с ними микроэлектроника продолжают производиться во все более меньших масштабах. Для этого требуется специализированное оптическое оборудование , которое также ограничено, поскольку в нем используются обычные линзы. Таким образом, принципы, лежащие в основе суперлинзы, показывают, что у нее есть потенциал для визуализации молекул ДНК, клеточных белковых процессов, а также для помощи в производстве еще более мелких компьютерных чипов и микроэлектроники. ^{[2] [3] [4] [5]}

Обычные линзы улавливают только распространяющиеся световые волны . Это волны, которые распространяются от источника света или объекта к линзе или человеческому глазу. Альтернативно это можно изучить как дальнее поле . Напротив, суперлинза улавливает распространяющиеся световые волны и волны, которые остаются на поверхности объекта, который, альтернативно, можно изучать как в дальнем, так и в ближнем поле . ^{[6] [7]}

В начале 20-го века Деннис Габор использовал термин «суперлинза» для описания чего-то совершенно иного: сложной системы линзовых линз. ^[8]

Теория

Бинокулярный микроскоп представляет собой традиционную оптическую систему. Пространственное разрешение ограничено дифракционным пределом , который составляет немногим более 200 нанометров .

Формирование имиджа

Схематические изображения и изображения обычно используемых металлических нанозондов, которые можно использовать для просмотра образца в нанометровом разрешении. Обратите внимание, что кончики трех нанозондов имеют размер 100 нанометров. ^[4]

Изображение объекта можно определить как материальное или видимое представление особенностей этого объекта. Обязательным условием формирования изображения является взаимодействие с полями электромагнитного излучения . Более того, уровень детализации объектов или разрешение изображения ограничен длиной волны излучения . Например, в оптической микроскопии получение и разрешение изображения зависят от длины волны видимого света. Однако с помощью суперлинзы это ограничение можно устранить и создать новый класс изображений. ^[9]

Электронно-лучевая литография может преодолеть этот предел разрешения . Оптическая микроскопия, с другой стороны, не может этого сделать, поскольку ограничивается некоторым значением чуть выше 200 нанометров . ^[4] Однако новые технологии в сочетании с оптической микроскопией начинают позволять увеличивать разрешение объектов (см. разделы ниже).

Одним из определений ограничения разрешающим барьером является разрешение, ограниченное половиной длины волны света . Видимый спектр имеет диапазон от 390 до 750 нанометров. Зеленый свет , находящийся посередине, составляет около 500 нанометров. В микроскопии учитываются такие параметры, как апертура линзы , расстояние от объекта до линзы и показатель преломления наблюдаемого материала. Эта комбинация определяет порог разрешения или оптический предел микроскопии , который составляет 200 нанометров. Поэтому обычные линзы, которые буквально создают изображение объекта с помощью «обычных» световых волн, отбрасывают информацию, которая создает очень мелкие и мельчайшие детали объекта, содержащиеся в исчезающих волнах . Эти размеры составляют менее 200 нанометров. По этой причине традиционные оптические системы, такие как микроскопы , неспособны точно отображать очень маленькие структуры нанометрового размера или организмы нанометрового размера in vivo , такие как отдельные вирусы или молекулы ДНК . ^{[4] [5]}

Ограничения стандартной оптической микроскопии ( микроскопии светлого поля ) заключаются в трех областях:

• Этот метод позволяет эффективно отображать только темные или сильно преломляющие объекты .
• Дифракция ограничивает разрешение объекта или клетки примерно 200 нанометрами .
• Расфокусированный свет от точек за пределами фокальной плоскости снижает четкость изображения.

В частности, живым биологическим клеткам обычно не хватает достаточного контраста для успешного изучения, поскольку внутренние структуры клетки в основном бесцветны и прозрачны. Самый распространенный способ повышения контрастности — окрашивание различных структур селективными красителями , но часто это предполагает уничтожение и фиксацию образца. Окрашивание также может привести к появлению артефактов , видимых структурных деталей, вызванных обработкой образца и, таким образом, не являющихся законной особенностью образца.

Обычный объектив

DVD (цифровой универсальный диск). Для передачи данных используется лазер.

Обычные стеклянные линзы широко распространены в нашем обществе и в науке . Это один из фундаментальных инструментов оптики просто потому, что он взаимодействует со светом различной длины. В то же время длина волны света может быть аналогична ширине карандаша, которым рисуют обычные изображения. Предел нарушается разными способами. Например, лазер , используемый в цифровой видеосистеме, не может считывать с DVD детали , размер которых меньше длины волны лазера. Это ограничивает емкость DVD-дисков. ^[10]

Таким образом, когда объект излучает или отражает свет, с этим явлением связано два типа электромагнитного излучения . Это излучение ближнего поля и излучение дальнего поля . Как следует из описания, дальнее поле выходит за пределы объекта. Затем его легко захватывать и манипулировать с помощью обычной стеклянной линзы. Однако полезные детали разрешения (нанометрового размера) не наблюдаются, поскольку они скрыты в ближнем поле. Они остаются локализованными, находясь гораздо ближе к светоизлучающему объекту, не могут перемещаться и не могут быть захвачены обычным объективом. Управление излучением ближнего поля для достижения высокого разрешения может быть достигнуто с помощью нового класса материалов, которые нелегко получить в природе. Они не похожи на привычные твердые тела , такие как кристаллы , которые черпают свои свойства из атомных и молекулярных единиц. Новый класс материалов, называемый метаматериалами , получает свои свойства благодаря искусственно увеличенной структуре. Это привело к появлению новых свойств и новых реакций, которые позволяют детализировать изображения , превосходящие ограничения, налагаемые длиной волны света. ^[10]

Субволновая визуализация

«Электрокомпозитор» представлял собой машину электронно-лучевой литографии (электронный микроскоп), предназначенную для письма по маскам. Он был разработан в начале 1970-х годов и развернут в середине 1970-х годов.

Это привело к желанию наблюдать живые биологические взаимодействия клеток в реальном времени, в естественной среде , а также к необходимости субволновой визуализации . Субволновую визуализацию можно определить как оптическую микроскопию, позволяющую увидеть детали объекта или организма ниже длины волны видимого света (см. обсуждение в разделах выше). Другими словами, иметь возможность наблюдать в реальном времени на расстоянии менее 200 нанометров. Оптическая микроскопия — это неинвазивный метод и технология, поскольку средой передачи является повседневный свет . Визуализация ниже оптического предела в оптической микроскопии (субволновая длина) может быть спроектирована для клеточного уровня и в принципе на нанометровом уровне.

Например, в 2007 году была продемонстрирована методика, при которой линза на основе метаматериалов в сочетании с обычной оптической линзой могла манипулировать видимым светом, чтобы видеть ( наноразмерные ) структуры, которые были слишком малы, чтобы их можно было наблюдать с помощью обычного оптического микроскопа. Это имеет потенциальное применение не только для наблюдения за всей живой клеткой или для наблюдения за клеточными процессами , например, за тем, как белки и жиры входят в клетки и выходят из них. В технологической сфере его можно использовать для улучшения первых этапов фотолитографии и нанолитографии , необходимых для производства компьютерных чипов все меньшего размера . ^{[4] [11]}

Фокусировка на субволновой волне стала уникальным методом визуализации , который позволяет визуализировать особенности наблюдаемого объекта, размер которых меньше длины волны используемых фотонов . Фотон — минимальная единица света. Раньше считалось, что это физически невозможно, но субволновая визуализация стала возможной благодаря развитию метаматериалов. Обычно это достигается с помощью слоя металла, такого как золото или серебро , толщиной в несколько атомов, который действует как суперлинза, или с помощью одномерных и двумерных фотонных кристаллов . ^{[12] [13]} Существует тонкое взаимодействие между распространяющимися волнами, затухающими волнами, изображениями ближнего и дальнего поля, обсуждаемыми в разделах ниже. ^{[4] [14]}

Ранняя субволновая визуализация

Линзы из метаматериала ( суперлинзы ) способны реконструировать изображения нанометрового размера, создавая в каждом случае отрицательный показатель преломления . Это компенсирует быстро затухающие затухающие волны. До появления метаматериалов было предложено и даже продемонстрировано множество других методов создания микроскопии сверхвысокого разрешения . Еще в 1928 году ирландскому физику Эдварду Хатчинсону Синджу приписывают зарождение и развитие идеи того, что в конечном итоге стало сканирующей оптической микроскопией ближнего поля . ^{[15] [16] [17]}

В 1974 году были представлены предложения по двумерным технологиям изготовления. Эти предложения включали контактную визуализацию для создания рельефного рисунка, фотолитографию, электронно-лучевую литографию , рентгеновскую литографию или ионную бомбардировку на соответствующей плоской подложке. ^[18] Общие технологические цели линзы из метаматериала и разнообразие литографии направлены на оптическое разрешение деталей, размеры которых намного меньшие, чем размеры вакуумной длины волны экспонирующего света. ^{[19] [20]} В 1981 году были продемонстрированы два различных метода контактной визуализации плоских (плоских) субмикроскопических металлических рисунков синим светом (400 нм ). Одна демонстрация привела к разрешению изображения 100 нм, а другая - от 50 до 70 нм. ^[20]

В 1995 году Джон Герра объединил прозрачную решетку с линиями и промежутками 50 нм («метаматериал») с обычным иммерсионным объективом микроскопа. Полученная «суперлинза» разрешала образец кремния, также имеющий линии и промежутки 50 нм, что намного превышает классический дифракционный предел, налагаемый освещением с длиной волны 650 нм в воздухе. ^[21]

По крайней мере, с 1998 года оптическая литография ближнего поля была предназначена для создания элементов нанометрового масштаба. Исследования этой технологии продолжались, поскольку в 2000–2001 годах появился первый экспериментально продемонстрированный метаматериал с отрицательным показателем преломления. В начале нового тысячелетия также исследовалась эффективность электронно-лучевой литографии для приложений нанометрового масштаба. Было показано, что импринтная литография имеет желательные преимущества для исследований и технологий нанометрового масштаба. ^{[19] [22]}

Усовершенствованная фотолитография в глубоком УФ-диапазоне теперь может обеспечивать разрешение менее 100 нм, однако минимальный размер элемента и расстояние между шаблонами определяются дифракционным пределом света. Его производные технологии, такие как мимолетная ближнепольная литография, ближнепольная интерференционная литография и литография с фазосдвигающей маской, были разработаны для преодоления дифракционного предела. ^[19]

В 2000 году Джон Пендри предложил использовать линзу из метаматериала для получения изображений нанометрового масштаба для фокусировки ниже длины волны света. ^{[1] [23]}

Анализ дифракционного предела

Исходная проблема идеальной линзы: общее расширение электромагнитного поля, исходящего от источника, состоит как из распространяющихся волн, так и из ближнепольных или затухающих волн. Пример двумерного линейного источника с электрическим полем, имеющим S-поляризацию, будет иметь плоские волны, состоящие из распространяющихся и затухающих компонентов, которые движутся параллельно границе раздела. ^[24] Поскольку как распространяющаяся, так и более мелкие затухающие волны продвигаются в направлении, параллельном границе раздела сред, затухающие волны затухают в направлении распространения. Обычные (положительные) оптические элементы могут перефокусировать распространяющиеся компоненты, но экспоненциально затухающие неоднородные компоненты всегда теряются, что приводит к дифракционному пределу фокусировки на изображении. ^[24]

Суперлинза — это линза, способная получать субволновые изображения , позволяющая увеличивать лучи ближнего поля. Обычные линзы имеют разрешение порядка одной длины волны из-за так называемого дифракционного предела. Этот предел препятствует визуализации очень маленьких объектов, таких как отдельные атомы, размер которых намного меньше длины волны видимого света. Суперлинза способна преодолеть дифракционный предел. Примером может служить первоначальная линза, описанная Пендри, в которой в качестве плоской линзы используется пластинка материала с отрицательным показателем преломления . Теоретически идеальная линза могла бы иметь идеальную фокусировку – это означает, что она могла бы идеально воспроизводить электромагнитное поле плоскости источника в плоскости изображения.

Дифракционный предел как ограничение разрешения

Ограничение производительности обычных линз связано с дифракционным пределом. Следуя Пендри (2000), дифракционный предел можно понимать следующим образом. Рассмотрим объект и линзу, расположенные вдоль оси z так, что лучи от объекта движутся в направлении +z. Поле, исходящее от объекта, можно записать в терминах метода его углового спектра как суперпозицию плоских волн :

${\displaystyle E(x,y,z,t)=\sum _{k_{x},k_{y}}A(k_{x},k_{y})e^{i\left(k_{z}z+k_{y}y+k_{x}x-\omega t\right)},}$

где функция : ${\displaystyle k_{z}}$ ${\displaystyle k_{x},k_{y}}$

${\displaystyle k_{z}={\sqrt {{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}}-\left(k_{x}^{2}+k_{y}^{2}\right)}}.}$

Берется только положительный квадратный корень, поскольку энергия движется в направлении + z . Все составляющие углового спектра изображения, для которого являются реальными, передаются и перефокусируются обычным объективом. Однако, если ${\displaystyle k_{z}}$

${\displaystyle k_{x}^{2}+k_{y}^{2}>{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}},}$

затем становится мнимой, и волна представляет собой затухающую волну, амплитуда которой затухает по мере распространения волны вдоль оси z . Это приводит к потере высокоуглочастотных составляющих волны, содержащих информацию о высокочастотных (мелкомасштабных) особенностях изображаемого объекта. Максимальное разрешение, которое можно получить, можно выразить через длину волны: ${\displaystyle k_{z}}$

${\displaystyle k_{\text{max}}\approx {\frac {\omega }{c}}={\frac {2\pi }{\lambda }},}$

${\displaystyle \Delta x_{\text{min}}\approx \lambda .}$

Суперлинза преодолевает ограничения. Суперлинза типа Пендри имеет индекс n =−1 (ε=−1, µ=−1), и в таком материале перенос энергии в направлении + z требует, чтобы z - компонента волнового вектора имела противоположные значения. знак:

${\displaystyle k'_{z}=-{\sqrt {{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}}-\left(k_{x}^{2}+k_{y}^{2}\right)}}.}$

Для больших угловых частот затухающая волна теперь растет , поэтому при правильной толщине линзы все компоненты углового спектра могут проходить через линзу без искажений. Проблем с сохранением энергии нет , поскольку затухающие волны не несут ее в направлении роста: вектор Пойнтинга ориентирован перпендикулярно направлению роста. Для бегущих волн внутри идеальной линзы вектор Пойнтинга направлен в направлении, противоположном фазовой скорости. ^[3]

Эффекты отрицательного показателя преломления

а) Когда волна попадает в материал с положительным показателем преломления из вакуума. б) Когда волна падает на материал с отрицательным показателем преломления из вакуума. в) Когда объект помещается перед объектом с n = −1, свет от него преломляется, поэтому он фокусируется один раз внутри линзы, а другой раз снаружи. Это позволяет получать субволновые изображения.

Обычно, когда волна проходит через границу двух материалов, волна появляется на противоположной стороне нормали . Однако если граница раздела находится между материалом с положительным показателем преломления и другим материалом с отрицательным показателем преломления, волна появится по ту же сторону от нормали. Идея Пендри об идеальной линзе — это плоский материал, где n = −1. Такая линза позволяет лучам ближнего поля, которые обычно затухают из-за дифракционного предела, фокусироваться один раз внутри линзы и один раз за ее пределами, что позволяет получать субволновые изображения. ^[25]

Девелопмент и строительство

Создание суперлинзы одно время считалось невозможным. В 2000 году Пендри заявил, что с этой задачей справится простая плита левого материала . ^{[26] Однако} экспериментальная реализация такой линзы заняла некоторое время, поскольку не так-то просто изготовить метаматериалы как с отрицательной диэлектрической проницаемостью, так и с проницаемостью . Действительно, такого материала в природе не существует, и создание необходимых метаматериалов является нетривиальной задачей. Кроме того, было показано, что параметры материала чрезвычайно чувствительны (индекс должен быть равен −1); небольшие отклонения делают субволновое разрешение ненаблюдаемым. ^{[27] [28]} Из-за резонансной природы метаматериалов, от которой зависят многие (предлагаемые) реализации суперлинз, метаматериалы обладают высокой дисперсией. Чувствительность суперлинзы к параметрам материала приводит к тому, что суперлинзы на основе метаматериалов имеют ограниченный полезный частотный диапазон. Эта первоначальная теоретическая конструкция суперлинзы состояла из метаматериала, который компенсировал затухание волны и восстанавливал изображения в ближнем поле. Как распространяющиеся, так и затухающие волны могут способствовать разрешению изображения. ^{[1] [23] [29]}

Пендри также предположил, что линза, имеющая только один отрицательный параметр, будет образовывать приблизительную суперлинзу при условии, что соответствующие расстояния также очень малы и при условии, что поляризация источника соответствует. Для видимого света это полезная замена, поскольку создание метаматериалов с отрицательной проницаемостью на частоте видимого света затруднено. Металлы являются тогда хорошей альтернативой, поскольку они имеют отрицательную диэлектрическую проницаемость (но не отрицательную проницаемость). Пендри предложил использовать серебро из-за его относительно низких потерь на предполагаемой рабочей длине волны (356 нм). В 2003 году теория Пендри была впервые экспериментально продемонстрирована ^[13] на радиочастотных/микроволновых частотах. В 2005 году две независимые группы проверили линзу Пендри в УФ-диапазоне, обе использовали тонкие слои серебра, освещенные УФ-светом, для создания «фотографий» объектов размером меньше длины волны. ^{[30] [31]} Отрицательное преломление видимого света было экспериментально подтверждено в бикристалле ортованадата иттрия (YVO ₄ ) в 2003 году. ^[32]

Было обнаружено, что простая конструкция суперлинзы для микроволн может использовать массив параллельных проводящих проводов.^[33] Было показано, что эта структура способна улучшить разрешение МРТ- изображений.

В 2004 году первая суперлинза с отрицательным показателем преломления обеспечила разрешение в три раза превышающее дифракционный предел и была продемонстрирована на микроволновых частотах. ^[34] В 2005 году первая суперлинза ближнего поля была продемонстрирована Н.Фангом и др. , но линза не полагалась на отрицательное преломление . Вместо этого использовалась тонкая серебряная пленка для усиления затухающих мод за счет взаимодействия поверхностных плазмонов . ^{[35] [36]} Почти в то же время Мелвиллу и Блейки удалось создать суперлинзу ближнего поля. За ними последовали другие группы. ^{[30] [37]} В 2008 году сообщалось о двух разработках в области исследования суперлинз. ^[38] Во втором случае метаматериал был сформирован из серебряных нанопроволок, которые были электрохимически осаждены в пористый оксид алюминия. Материал демонстрировал отрицательное преломление. ^[39] Качество изображения таких изотропных пластинчатых линз с отрицательной диэлектрической проницаемостью также анализировалось с учетом материала пластины и ее толщины. ^[40] Возможности субволновой визуализации с помощью плоских одноосных анизотропных линз, в которых компоненты диэлектрического тензора имеют противоположный знак, также изучались в зависимости от параметров структуры. ^[41]

Суперлинза еще не была продемонстрирована на видимых или ближних инфракрасных частотах (Nielsen, RB; 2010). Более того, как дисперсионные материалы, они ограничены способностью работать на одной длине волны. Предлагаемые решения — металлодиэлектрические композиты (МДК) ^[42] и многослойные линзовые структуры. ^[43] Многослойная суперлинза, по-видимому, имеет лучшее субволновое разрешение, чем однослойная суперлинза. Потери не вызывают беспокойства в многослойной системе, но пока это кажется непрактичным из-за несогласования импедансов . ^[35]

В то время как эволюция методов нанопроизводства продолжает расширять границы изготовления наноструктур, шероховатость поверхности остается неизбежным источником беспокойства при проектировании нанофотонных устройств. Также было изучено влияние этой шероховатости поверхности на эффективные диэлектрические проницаемости и разрешение субволнового изображения многослойных линз из стопки металл-изолятор. ^[44]

Идеальные линзы

Когда мир наблюдается через обычные линзы, резкость изображения определяется длиной волны света и ограничивается ею. Примерно в 2000 году было высказано предположение, что кусок метаматериала с отрицательным преломлением позволит создать линзу с возможностями, превосходящими обычные линзы ( с положительным преломлением ). Пендри предположил, что тонкая пластинка метаматериала с отрицательным преломлением может решить известные проблемы с обычными линзами и создать «идеальную» линзу, которая будет фокусировать весь спектр, как распространяющийся, так и затухающий. ^{[1] [45]}

В качестве метаматериала была предложена плита серебра. Более конкретно, такую ​​тонкую пленку серебра можно рассматривать как метаповерхность . По мере удаления (распространения) света от источника он приобретает произвольную фазу . Через обычную линзу фаза остается постоянной, но затухающие волны затухают экспоненциально . В плоской плите метаматериала DNG обычно затухающие затухающие волны наоборот усиливаются . Более того, поскольку исчезающие волны теперь усиливаются, фаза меняется на противоположную. ^[1]

Поэтому был предложен тип линзы, состоящей из металлического пленочного метаматериала. При освещении вблизи своей плазменной частоты линзу можно использовать для получения изображений со сверхвысоким разрешением , которое компенсирует затухание волны и восстанавливает изображения в ближнем поле. Кроме того, на разрешение изображения влияют как распространяющиеся, так и затухающие волны. ^[1]

Пендри предположил, что левосторонние плиты обеспечивают «идеальное изображение», если они полностью без потерь, согласованы по импедансу и их показатель преломления равен -1 по отношению к окружающей среде. Теоретически это было бы прорывом в том, что оптическая версия разрешает объекты размером до нанометров. Пендри предсказал, что двойные негативные метаматериалы (DNG) с показателем преломления n = -1 могут действовать, по крайней мере в принципе, как «идеальная линза», обеспечивающая разрешение изображения, которое ограничено не длиной волны, а, скорее, качеством материала. ^{[1] [46] [47] [48]}

Другие исследования, касающиеся идеальной линзы

Дальнейшие исследования показали, что теория Пендри об идеальной линзе не совсем верна. Анализ фокусировки исчезающего спектра (уравнения 13–21 в ссылке ^[1] ) был ошибочным. Кроме того, это применимо только к одному (теоретическому) экземпляру, и это одна конкретная среда, которая является без потерь, недисперсионной, а составляющие параметры определяются как: ^[45]

ε(ω)/ε ₀ =µ(ω)/µ ₀ =−1, что, в свою очередь, приводит к отрицательному преломлению n=−1

Однако окончательный интуитивный результат этой теории, заключающийся в том, что как распространяющаяся, так и затухающая волны фокусируются, что приводит к схождению фокусной точки внутри плиты и другой конвергенции (фокусной точки) за пределами плиты, оказался правильным. ^[45]

Если среда метаматериала DNG имеет большой отрицательный индекс или становится с потерями или дисперсией, эффект идеальной линзы Пендри не может быть реализован. В результате идеального эффекта линз не существует вообще. Согласно расчетам FDTD того времени (2001 г.), плита DNG действует как преобразователь импульсной цилиндрической волны в импульсный луч. Более того, в действительности (на практике) среда DNG должна быть и является дисперсионной и с потерями, что может иметь как желательные, так и нежелательные эффекты, в зависимости от исследования или применения. Следовательно, эффект идеальной линзы Пендри недоступен для любого метаматериала, предназначенного для использования в качестве среды DNG. ^[45]

Другой анализ концепции идеальной линзы , проведенный в 2002 году ^[24], показал ее ошибочность при использовании в качестве объекта DNG без потерь и без дисперсии. Этот анализ математически продемонстрировал, что тонкости затухающих волн, ограничение конечной пластиной и поглощение привели к несоответствиям и расхождениям, которые противоречат основным математическим свойствам рассеянных волновых полей. Например, этот анализ показал, что поглощение , связанное с дисперсией , всегда присутствует на практике, и поглощение имеет тенденцию превращать усиленные волны в затухающие внутри этой среды (ДНГ). ^[24]

Третий анализ концепции идеальной линзы Пендри, опубликованный в 2003 году, ^[49] использовал недавнюю демонстрацию отрицательного преломления на микроволновых частотах ^[50] как подтверждение жизнеспособности фундаментальной концепции идеальной линзы. Кроме того, эта демонстрация считалась экспериментальным доказательством того, что планарный метаматериал DNG будет перефокусировать излучение точечного источника в дальней зоне. Однако идеальная линза потребует значительно других значений диэлектрической проницаемости , проницаемости и пространственной периодичности , чем продемонстрированный образец с отрицательным преломлением. ^{[49] [50]}

Это исследование подтверждает, что любое отклонение от условий, при которых ε=µ=−1, приводит к нормальному, традиционному, несовершенному изображению, которое ухудшается экспоненциально, т. е. к дифракционному пределу. Идеальное решение линзы при отсутствии потерь опять-таки непрактично и может привести к парадоксальным интерпретациям. ^[24]

Было установлено, что, хотя резонансные поверхностные плазмоны нежелательны для визуализации, они оказываются существенными для восстановления затухающих затухающих волн. Этот анализ показал, что периодичность метаматериала оказывает существенное влияние на восстановление типов исчезающих компонентов. Кроме того, с помощью современных технологий возможно достижение субволнового разрешения . Отрицательные показатели преломления были продемонстрированы в структурированных метаматериалах. Такие материалы можно спроектировать так, чтобы они имели настраиваемые параметры материала и таким образом достигали оптимальных условий. Потери вплоть до микроволновых частот можно минимизировать в структурах, использующих сверхпроводящие элементы. Более того, рассмотрение альтернативных структур может привести к конфигурациям левых материалов, которые могут обеспечить субволновую фокусировку. Такие структуры в то время изучались. ^[24]

Недавно был предложен эффективный подход к компенсации потерь в метаматериалах, названный схемой инжекции плазмонов. ^[51] Схема инжекции плазмонов теоретически применялась к несовершенным плоским линзам с отрицательным преломлением с разумными материальными потерями и при наличии шума ^{[52] [53],} а также к гиперлинзам. ^[54] Было показано, что даже несовершенные плоские линзы с отрицательным преломлением, оснащенные схемой инжекции плазмонов, могут обеспечить субдифракционную визуализацию объектов, которая в противном случае невозможна из-за потерь и шума. Хотя схема инжекции плазмонов изначально была концептуализирована для плазмонных метаматериалов, ^[51] эта концепция является общей и применимой ко всем типам электромагнитных мод. Основная идея схемы заключается в когерентной суперпозиции мод с потерями в метаматериале с соответствующим образом структурированным внешним вспомогательным полем. Это вспомогательное поле учитывает потери в метаматериале и, следовательно, эффективно уменьшает потери, испытываемые сигнальным лучом или полем объекта в случае линзы из метаматериала. Схема инъекции плазмона может быть реализована либо физически ^[53] , либо эквивалентно с помощью метода постобработки деконволюции. ^{[52] [54]} Однако физическая реализация оказалась более эффективной, чем деконволюция. Физическая конструкция свертки и избирательное усиление пространственных частот в узкой полосе пропускания являются ключом к физической реализации схемы инжекции плазмонов. Эта схема компенсации потерь идеально подходит, особенно для линз из метаматериала, поскольку она не требует усиливающей среды, нелинейности или какого-либо взаимодействия с фононами. Экспериментальная демонстрация схемы инжекции плазмонов пока не показана, отчасти потому, что теория достаточно нова.

Визуализация ближнего поля с помощью магнитных проводов

Призма, состоящая из высокоэффективных швейцарских валков , которая действует как магнитная лицевая панель, точно передавая распределение магнитного поля от входной к выходной грани. ^[55]

Теоретическая линза Пендри была разработана для фокусировки как распространяющихся волн, так и затухающих волн ближнего поля. Из диэлектрической проницаемости «ε» и магнитной проницаемости «μ» получают показатель преломления «n». Показатель преломления определяет, как свет преломляется при переходе от одного материала к другому. В 2003 году было высказано предположение, что метаматериал, построенный из чередующихся параллельных слоев материалов n = -1 и материалов n = +1 , будет более эффективной конструкцией линзы из метаматериала . Это эффективная среда, состоящая из многослойной стопки, обладающая двойным лучепреломлением , n ₂ =∞, n _x =0. Тогда эффективные показатели преломления перпендикулярны и параллельны соответственно. ^[55]

Как и у обычной линзы, направление z совпадает с осью валка. Резонансная частота (w ₀ ) – около 21,3 МГц – определяется конструкцией валка. Демпфирование достигается за счет собственного сопротивления слоев и части диэлектрической проницаемости с потерями. ^[55]

Проще говоря, когда образец поля передается от входной к выходной грани плиты, информация об изображении передается по каждому слою. Это было экспериментально продемонстрировано. Чтобы проверить эффективность двумерного изображения материала, антенна была сконструирована из пары антипараллельных проводов в форме буквы М. Это генерировало линию магнитного потока, обеспечивая тем самым характерную диаграмму поля для визуализации. Его размещали горизонтально, а сверху располагали материал, состоящий из 271 швейцарского рулона , настроенного на частоту 21,5 МГц. Материал действительно действует как устройство передачи изображений магнитного поля. Форма антенны точно воспроизводится в выходной плоскости, как в распределении пиковой интенсивности, так и в «долинах», ограничивающих М. ^[55]

Постоянной характеристикой очень ближнего (затухающего) поля является то, что электрическое и магнитное поля в значительной степени развязаны. Это позволяет практически независимо манипулировать электрическим полем с диэлектрической проницаемостью и магнитным полем с проницаемостью. ^[55]

Кроме того, это сильно анизотропная система . Следовательно, поперечные (перпендикулярные) компоненты электромагнитного поля, излучающие материал, то есть компоненты волнового вектора k _x и _ky , отделяются от продольной компоненты k _z . Таким образом, рисунок поля должен быть перенесен с входной на выходную грань плиты материала без ухудшения качества информации изображения. ^[55]

Оптическая суперлинза с серебряным метаматериалом

В 2003 году группа исследователей показала, что оптические затухающие волны будут усиливаться, когда они проходят через линзу из серебряного метаматериала. Такая линза называлась бездифракционной. Хотя создание когерентного изображения с высоким разрешением не было запланировано и не было достигнуто, регенерация исчезающего поля была экспериментально продемонстрирована. ^{[56] [57]}

К 2003 году уже несколько десятилетий было известно, что затухающие волны можно усилить за счет создания возбужденных состояний на поверхностях раздела . Однако использование поверхностных плазмонов для реконструкции исчезающих компонентов не предпринималось до недавнего предложения Пендри (см. « Идеальная линза » выше). При исследовании пленок различной толщины было отмечено, что при соответствующих условиях происходит быстро растущий коэффициент пропускания . Эта демонстрация предоставила прямое доказательство того, что основа суперлинзирования прочна, и предложила путь, который позволит наблюдать суперлинзирование на оптических длинах волн. ^[57]

В 2005 году было получено связное изображение высокого разрешения (по результатам 2003 года). Более тонкая пластинка серебра (35 нм) лучше подходит для получения изображений с ограничением субдифракции, что дает одну шестую длины волны освещения. Этот тип линз использовался для компенсации затухания волны и восстановления изображения в ближнем поле. В предыдущих попытках создать работающую суперлинзу использовалась слишком толстая пластинка серебра. ^{[23] [46]}

Объекты были изображены размером всего 40 нм в поперечнике. В 2005 году предел разрешения изображений для оптических микроскопов составлял примерно одну десятую диаметра эритроцита . При использовании серебряной суперлинзы разрешение составляет одну сотую диаметра эритроцита. ^[56]

Обычные линзы, искусственные или природные, создают изображения, улавливая распространяющиеся световые волны, излучаемые всеми объектами, а затем изгибая их. Угол изгиба определяется показателем преломления и всегда был положительным до тех пор, пока не были изготовлены искусственные материалы с отрицательным показателем преломления. Объекты также излучают мимолетные волны, которые несут детали объекта, но их невозможно получить с помощью обычной оптики. Такие затухающие волны затухают экспоненциально и, таким образом, никогда не становятся частью разрешения изображения — оптического порога, известного как дифракционный предел. Преодоление этого дифракционного предела и улавливание затухающих волн имеют решающее значение для создания 100-процентно идеального представления объекта. ^[23]

Кроме того, обычные оптические материалы страдают от дифракционного предела, поскольку от источника света передаются только распространяющиеся компоненты (оптическим материалом). ^[23] Нераспространяющиеся компоненты, затухающие волны, не передаются. ^[24] Более того, линзы, которые улучшают разрешение изображения за счет увеличения показателя преломления , ограничены доступностью материалов с высоким показателем преломления, а поточечная субволновая визуализация электронной микроскопии также имеет ограничения по сравнению с потенциалом работающей суперлинзы. Сканирующие электронные и атомно-силовые микроскопы теперь используются для улавливания деталей размером до нескольких нанометров. Однако такие микроскопы создают изображения, сканируя объекты по точкам, а это означает, что они обычно ограничиваются неживыми образцами, а время захвата изображения может достигать нескольких минут. ^[23]

С помощью современных оптических микроскопов ученые могут различать только относительно крупные структуры внутри клетки, такие как ее ядро ​​и митохондрии. По словам исследователей, с помощью суперлинз оптические микроскопы однажды смогут выявить движения отдельных белков, перемещающихся по микротрубочкам, составляющим скелет клетки. Оптические микроскопы могут захватить весь кадр одним снимком за долю секунды. Суперлинзы позволяют получать наноразмерные изображения живых материалов, что может помочь биологам лучше понять структуру и функционирование клеток в режиме реального времени. ^[23]

Достижения магнитной связи в ТГц и инфракрасном режиме обеспечили реализацию возможной суперлинзы из метаматериала. Однако в ближнем поле электрические и магнитные отклики материалов не связаны. Следовательно, для поперечных магнитных (ТМ) волн необходимо учитывать только диэлектрическую проницаемость. Благородные металлы становятся естественным выбором для суперлинзирования, поскольку легко достигается отрицательная диэлектрическая проницаемость. ^[23]

Спроектировав тонкую металлическую пластину так, чтобы колебания поверхностного тока (поверхностные плазмоны) соответствовали затухающим волнам от объекта, суперлинза способна существенно увеличить амплитуду поля. Суперлинзирование возникает в результате усиления затухающих волн поверхностными плазмонами. ^{[23] [56]}

Ключом к суперлинзе является ее способность значительно усиливать и восстанавливать исчезающие волны, которые несут информацию в очень малых масштабах. Это позволяет получать изображения значительно ниже дифракционного предела. Ни одна линза пока не способна полностью воссоздать все исчезающие волны, излучаемые объектом, поэтому цель создания 100-процентно идеального изображения сохранится. Однако многие учёные полагают, что по-настоящему идеальная линза невозможна, потому что при прохождении волн через любой известный материал всегда будут некие потери на поглощение энергии. Для сравнения, изображение суперлинзы существенно лучше, чем изображение, созданное без серебряной суперлинзы. ^[23]

Плоский слой серебра толщиной 50 нм

В феврале 2004 года система фокусировки электромагнитного излучения, основанная на пластине из метаматериала с отрицательным коэффициентом преломления, осуществила субволновую визуализацию в микроволновой области. Это показало, что возможно получение разделенных изображений при длине волны, намного меньшей длины волны света. ^[58] Кроме того, в 2004 году слой серебра использовался для субмикрометровой визуализации ближнего поля. Сверхвысокого разрешения добиться не удалось, но так и было задумано. Слой серебра был слишком толстым, чтобы обеспечить значительное усиление исчезающих компонентов поля. ^[30]

В начале 2005 года разрешение объектов было достигнуто с помощью другого слоя серебра. Хотя это было не настоящее изображение, оно было задумано. Плотное разрешение до 250 нм было получено в фоторезисте толщиной 50 нм с использованием освещения ртутной лампой . Используя моделирование ( FDTD ), исследование отметило, что улучшения разрешения можно ожидать при визуализации через серебряные линзы, а не при использовании другого метода визуализации ближнего поля. ^[59]

На основе этого предыдущего исследования сверхразрешение было достигнуто на оптических частотах с использованием плоского слоя серебра толщиной 50 нм. Возможность разрешения изображения за пределами дифракционного предела для изображений в дальнем поле определяется здесь как сверхразрешение. ^[30]

Точность изображения значительно улучшена по сравнению с предыдущими результатами предыдущего экспериментального набора линз. Визуализация субмикрометровых деталей была значительно улучшена за счет использования более тонких слоев серебра и разделительных слоев, а также за счет уменьшения шероховатости поверхности набора линз. Способность серебряных линз отображать решетки использовалась в качестве окончательного теста разрешения, поскольку существует конкретный предел для способности обычной линзы (дальнего поля) отображать периодический объект - в этом случае изображение представляет собой дифракцию. решетка. Для освещения с нормальным падением минимальный пространственный период, который можно разрешить с длиной волны λ через среду с показателем преломления n, равен λ/n. Поэтому в любом (традиционном) изображении в дальнем поле ниже этого предела можно ожидать нулевого контраста, независимо от того, насколько хорошим может быть сопротивление изображения. ^[30]

В данном случае набор (супер)линз дает в результате вычислений разрешение, ограниченное дифракцией, равное 243 нм. Получаются изображения решеток с периодами от 500 нм до 170 нм, причем глубина модуляции в резисте уменьшается по мере уменьшения периода решетки. Все решетки с периодами выше дифракционного предела (243 нм) хорошо разрешаются. ^[30] Ключевыми результатами этого эксперимента являются суперизображения субдифракционного предела для периодов 200 нм и 170 нм. В обоих случаях решетки разрешаются, хотя контраст уменьшается, но это дает экспериментальное подтверждение предложения Пендри о суперлинзировании. ^[30]

Линзы GRIN с отрицательным индексом

Индекс градиента (GRIN). Более широкий диапазон отклика материала, доступный в метаматериалах, должен привести к улучшению конструкции линз GRIN. В частности, поскольку диэлектрическую проницаемость и проницаемость метаматериала можно регулировать независимо, линзы из метаматериала GRIN, по-видимому, лучше подходят для свободного пространства. Линза GRIN состоит из пластины NIM с переменным показателем преломления в направлении y, перпендикулярном направлению распространения z. ^[60]

Суперлинза дальнего поля

В 2005 году группа предложила теоретический способ преодоления ограничения ближнего поля с использованием нового устройства, названного суперлинзой дальнего поля (FSL), которое представляет собой правильно спроектированную суперлинзу на основе периодически гофрированных металлических пластин. ^[61]

Визуализация была экспериментально продемонстрирована в дальнем поле, что стало следующим шагом после экспериментов в ближнем поле. Ключевой элемент называется суперлинзой дальнего поля (FSL), которая состоит из обычной суперлинзы и наноразмерного соединителя. ^[62]

Фокусировка за пределами дифракционного предела с обращением времени в дальней зоне

Представлен подход к субволновой фокусировке микроволн с использованием как зеркала, обращающего время, помещенного в дальнюю зону, так и случайного распределения рассеивателей, размещенных в ближней зоне точки фокусировки. ^[63]

Гиперлинза

Как только была продемонстрирована возможность получения изображений ближнего поля, следующим шагом было проецирование изображения ближнего поля в дальнее поле. Эта концепция, включая технику и материалы, получила название «гиперлинза». ^{[64] [65]}

В мае 2012 года расчеты показали, что ультрафиолетовую (1200–1400 ТГц) гиперлинзу можно создать с использованием чередующихся слоев нитрида бора и графена . ^[66]

В феврале 2018 года была представлена ​​гиперлинза среднего инфракрасного диапазона (~ 5–25 мкм), изготовленная из многослоя арсенида индия с различными добавками , которая обеспечивала значительно меньшие потери. ^[67]

Возможности метаматериала-гиперлинзы для получения изображений с ограничением субдифракции показаны ниже.

Субдифракционная визуализация в дальнем поле

В случае обычных оптических линз дальнее поле представляет собой границу, слишком далекую для того, чтобы затухающие волны могли достичь цели в целости и сохранности. При визуализации объекта это ограничивает оптическое разрешение линз порядка длины волны света. Эти нераспространяющиеся волны несут подробную информацию в форме высокого пространственного разрешения и преодолевают ограничения. Следовательно, проецирование деталей изображения, обычно ограниченных дифракцией, в дальнее поле требует восстановления затухающих волн. ^[68]

По сути, шагами, приведшими к этому исследованию и демонстрации, было использование анизотропного метаматериала с гиперболической дисперсией. Эффект оказался таким, что обычные затухающие волны распространяются вдоль радиального направления слоистого метаматериала. На микроскопическом уровне волны большой пространственной частоты распространяются посредством связанных поверхностных плазмонных возбуждений между металлическими слоями. ^[68]

В 2007 году именно такой анизотропный метаматериал был использован в качестве увеличивающей оптической гиперлинзы. Гиперлинза состояла из изогнутой периодической стопки тонкого серебра и оксида алюминия (толщиной 35 нанометров), нанесенной на полуцилиндрическую полость и изготовленной на кварцевой подложке. Радиальная и тангенциальная диэлектрическая проницаемости имеют разные знаки. ^[68]

При освещении рассеянное эванесцентное поле от объекта попадает в анизотропную среду и распространяется в радиальном направлении. В сочетании с другим эффектом метаматериала возникает увеличенное изображение на внешней границе дифракционного предела гиперлинзы. Как только увеличенный элемент превышает (за пределами) дифракционный предел, его можно отобразить с помощью обычного оптического микроскопа, демонстрируя таким образом увеличение и проецирование изображения, ограниченного субдифракцией, в дальнее поле. ^[68]

Гиперлинза увеличивает объект, преобразуя рассеянные затухающие волны в распространяющиеся волны в анизотропной среде, проецируя изображение высокого разрешения с пространственным разрешением в дальнее поле. Таким образом, этот тип линзы на основе метаматериалов в сочетании с обычной оптической линзой способен обнаруживать структуры, слишком мелкие, чтобы их можно было различить с помощью обычного оптического микроскопа. В одном эксперименте линза смогла различить две 35-нанометровые линии, выгравированные на расстоянии 150 нанометров друг от друга. Без метаматериалов микроскоп показывал только одну толстую линию. ^[14]

В контрольном эксперименте объект пары линий был изображен без гиперлинзы. Пару линий не удалось разрешить, поскольку дифракционный предел (оптической) апертуры был ограничен 260 нм. Поскольку гиперлинза поддерживает распространение очень широкого спектра волновых векторов, она может увеличивать произвольные объекты с разрешением, ограниченным субдифракцией. ^[68]

Хотя эта работа, похоже, ограничена цилиндрической гиперлинзой , следующим шагом будет разработка сферической линзы. Этот объектив будет обладать трехмерными возможностями. Оптическая микроскопия ближнего поля использует наконечник для сканирования объекта. Напротив, эта оптическая гиперлинза увеличивает изображение, ограниченное субдифракцией. Увеличенное субдифракционное изображение затем проецируется в дальнее поле. ^{[14] [68]}

Оптическая гиперлинза демонстрирует значительный потенциал для таких приложений, как биомолекулярная визуализация в реальном времени и нанолитография. Подобную линзу можно было бы использовать для наблюдения за клеточными процессами, которые раньше невозможно было увидеть. И наоборот, его можно использовать для проецирования изображения с чрезвычайно мелкими деталями на фоторезист в качестве первого шага в фотолитографии — процессе, используемом для изготовления компьютерных чипов. Гиперлинза также имеет применение для технологии DVD. ^{[14] [68]}

В 2010 году экспериментально была продемонстрирована сферическая гиперлинза для двумерного изображения на видимых частотах. Сферическая гиперлинза была основана на оксидах серебра и титана в чередующихся слоях и имела сильную анизотропную гиперболическую дисперсию, обеспечивающую сверхразрешение в видимом спектре. Разрешение составляло 160 нм в видимом спектре. Это позволит получать биологические изображения на уровне клеток и ДНК, обеспечивая значительное преимущество увеличения субдифракционного разрешения в дальней зоне.^[69]

Плазмонная микроскопия

Суперизображение в видимом диапазоне частот

В 2007 году исследователи продемонстрировали суперизображение с использованием материалов, которые создают отрицательный показатель преломления и линзирование достигается в видимом диапазоне. ^[46]

Чтобы идти в ногу с прогрессом нанотехнологий и микробиологии , необходимы постоянные улучшения оптической микроскопии . Ключевое значение имеет улучшение пространственного разрешения. Обычная оптическая микроскопия ограничена дифракционным пределом, составляющим порядка 200 нанометров (длина волны). Это означает, что вирусы , белки, молекулы ДНК и многие другие образцы трудно наблюдать в обычный (оптический) микроскоп. Линза, ранее продемонстрированная из материала с отрицательным показателем преломления, тонкая плоская суперлинза, не обеспечивает увеличения, превышающего дифракционный предел обычных микроскопов. Поэтому изображения размером меньше обычного дифракционного предела по-прежнему будут недоступны. ^[46]

Другой подход к достижению сверхразрешения в видимом диапазоне волн — это недавно разработанная сферическая гиперлинза на основе чередующихся слоев оксидов серебра и титана. Он имеет сильную анизотропную гиперболическую дисперсию, обеспечивающую сверхразрешение за счет преобразования затухающих волн в распространяющиеся волны. Этот метод представляет собой визуализацию со сверхвысоким разрешением, не основанную на флуоресценции, что позволяет получать изображения в реальном времени без какой-либо реконструкции изображений и информации. ^[69]

Методы микроскопии в дальнем поле со сверхвысоким разрешением

К 2008 году предел дифракции был превышен, и разрешение латеральной визуализации от 20 до 50 нм было достигнуто с помощью нескольких методов микроскопии в дальнем поле со «сверхвысоким разрешением», включая истощение стимулированного излучения (STED) и связанный с ним RESOLFT (обратимый насыщаемый оптически линейный флуоресцентный метод). переходы) микроскопия; микроскопия с насыщенным структурированным освещением (SSIM); стохастическая оптическая реконструктивная микроскопия (STORM); фотоактивируемая локализационная микроскопия (PALM); и другие методы, использующие аналогичные принципы. ^[70]

Цилиндрическая суперлинза посредством преобразования координат

Это началось с предложения Пендри в 2003 году. Для увеличения изображения потребовалась новая концепция дизайна, в которой поверхность отрицательно преломляющей линзы изогнута. Один цилиндр соприкасается с другим цилиндром, в результате чего образуется изогнутая цилиндрическая линза, которая воспроизводит содержимое меньшего цилиндра в увеличенном, но неискаженном виде за пределами большего цилиндра. Преобразования координат необходимы для того, чтобы изогнуть исходную идеальную линзу в цилиндрическую линзовую структуру. ^[71]

За этим в 2005 году последовало 36-страничное концептуальное и математическое доказательство того, что цилиндрическая суперлинза работает в квазистатическом режиме . Сначала обсуждаются дебаты по поводу идеального объектива. ^[72]

В 2007 году снова речь шла о суперлинзе, использующей преобразование координат. Однако помимо передачи изображений обсуждались и другие полезные операции; перемещение, вращение, зеркальное отображение и инверсия, а также эффект суперлинзы. Кроме того, описаны элементы, обеспечивающие увеличение, которые лишены геометрических аберраций как на входной, так и на выходной стороне, используя при этом источник свободного пространства (а не волновод). Эти увеличительные элементы также работают в ближнем и дальнем поле, перенося изображение из ближнего поля в дальнее. ^[73]

Цилиндрическая увеличительная суперлинза была экспериментально продемонстрирована в 2007 году двумя группами: Лю и др. ^[68] и Смольянинов и др. ^{[46] [74]}

Нанооптика с метаматериалами

Массив наноотверстий как линза

Работа 2007 года продемонстрировала, что квазипериодический массив наноотверстий в металлическом экране способен фокусировать оптическую энергию плоской волны с образованием субволновых пятен (горячих точек). Расстояния для пятен составляли несколько десятков длин волн на другой стороне решетки, или, другими словами, противоположной стороне падающей плоской волны . Квазипериодический массив наноотверстий выполнял функцию концентратора света. ^[75]

В июне 2008 года за этим последовала демонстрация возможностей массива квазикристаллических наноотверстий в металлическом экране. Изображение точечного источника не просто концентрирует горячие точки, а отображается на расстоянии нескольких десятков длин волн от массива, на другой стороне массива (плоскости изображения). Кроме того, этот тип массива демонстрировал линейное смещение 1 к 1 – от местоположения точечного источника до его соответствующего параллельного местоположения на плоскости изображения. Другими словами, от x до x + δx. Например, другие точечные источники были аналогичным образом смещены с x' на x' + δx', с x^ на x^ + δx^ и с x^^ на x^^ + δx^^ и так далее. Вместо того, чтобы функционировать как концентратор света, он выполняет функцию формирования изображения обычной линзы с соответствием 1 к 1, хотя и с точечным источником. ^[75]

Однако разрешение более сложных структур может быть достигнуто путем построения нескольких точечных источников. Могут быть надежно воспроизведены мелкие детали и более яркое изображение, которые обычно ассоциируются с высокой числовой апертурой обычных объективов. Заметные применения этой технологии возникают, когда обычная оптика не подходит для поставленной задачи. Например, эта технология лучше подходит для рентгеновской визуализации или нанооптических схем и так далее. ^[75]

Нанолинза

В 2010 году был изготовлен и испытан прототип массива нанопроволок, описанный как трехмерный (3D) метаматериал-нанолинза, состоящий из объемных нанопроволок, нанесенных на диэлектрическую подложку. ^{[76] [77]}

Нанолинза метаматериала была построена из миллионов нанопроволок диаметром 20 нанометров. Они были точно выровнены, и была применена пакетная конфигурация. Линза способна отображать четкое изображение наноразмерных объектов с высоким разрешением, поскольку для построения изображения она использует как обычное распространяющееся ЭМ-излучение, так и затухающие волны. Визуализация со сверхвысоким разрешением была продемонстрирована на расстоянии, в 6 раз превышающем длину волны (λ), в дальней зоне с разрешением не менее λ/4. Это значительное улучшение по сравнению с предыдущими исследованиями и демонстрацией других методов визуализации ближнего и дальнего поля, включая массивы наноотверстий, обсуждаемые ниже. ^{[76] [77]}

Светопропускные свойства дырчатых металлических пленок

2009–12. Теоретически проанализированы светопроводящие свойства дырочных металлических пленок в пределе метаматериала, когда единица длины периодических структур значительно меньше рабочей длины волны. ^[78]

Передача изображения через субволновое отверстие

Теоретически представляется возможным передать сложное электромагнитное изображение через крошечное субволновое отверстие, диаметр которого значительно меньше диаметра изображения, без потери субволновых деталей. ^[79]

Визуализация наночастиц – квантовые точки

Наблюдая за сложными процессами в живой клетке, легко не заметить существенные процессы (изменения) или детали. Это может легче произойти при наблюдении за изменениями, которые требуют много времени для развития и требуют визуализации с высоким пространственным разрешением. Однако недавние исследования предлагают решение для тщательного изучения действий, которые происходят в клетках в течение часов или даже дней, потенциально раскрывая многие загадки, связанные с событиями молекулярного масштаба, происходящими в этих крошечных организмах. ^[80]

Совместная исследовательская группа, работающая в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) и Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID), обнаружила метод использования наночастиц для освещения внутренней части клетки и выявления этих медленных процессов. Наночастицы, в тысячи раз меньше клетки, имеют множество применений. Один тип наночастиц, называемый квантовой точкой, светится под воздействием света. Эти полупроводниковые частицы могут быть покрыты органическими материалами, которые притягиваются к определенным белкам в той части клетки, которую ученый желает изучить. ^[80]

Примечательно, что квантовые точки сохраняются дольше, чем многие органические красители и флуоресцентные белки, которые ранее использовались для освещения внутренней части клеток. Они также имеют то преимущество, что позволяют отслеживать изменения в клеточных процессах, в то время как большинство методов высокого разрешения, таких как электронная микроскопия, предоставляют только изображения клеточных процессов, замороженных в один момент. С помощью квантовых точек можно наблюдать (выяснять) клеточные процессы, связанные с динамическим движением белков. ^[80]

Исследование было сосредоточено в первую очередь на характеристике свойств квантовых точек и сравнении их с другими методами визуализации. В одном примере квантовые точки были разработаны для воздействия на определенный тип белка эритроцитов человека, который является частью сетевой структуры внутренней мембраны клетки. Когда эти белки группируются вместе в здоровой клетке, сеть обеспечивает механическую гибкость клетки, поэтому она может проходить через узкие капилляры и другие ограниченные пространства. Но когда клетка заражается малярийным паразитом, структура сетевого белка меняется. ^[80]

Поскольку механизм кластеризации недостаточно изучен, было решено исследовать его с помощью квантовых точек. Если бы можно было разработать метод визуализации кластеризации, можно было бы понять развитие малярийной инфекции, которая имеет несколько различных стадий развития. ^[80]

Исследования показали, что по мере того, как мембранные белки группируются, прикрепленные к ним квантовые точки вынуждены группироваться и светиться ярче, что позволяет наблюдать в реальном времени по мере продвижения кластеризации белков. В более широком смысле, исследование показало, что когда квантовые точки прикрепляются к другим наноматериалам, оптические свойства точек меняются уникальным образом в каждом случае. Кроме того, были обнаружены доказательства того, что оптические свойства квантовых точек изменяются по мере изменения наноразмерной среды, что открывает большие возможности использования квантовых точек для определения локальной биохимической среды внутри клеток. ^[80]

Некоторые опасения остаются по поводу токсичности и других свойств. Однако общие результаты показывают, что квантовые точки могут быть ценным инструментом для исследования динамических клеточных процессов. ^[80]

В аннотации к соответствующей опубликованной исследовательской статье говорится (частично): Представлены результаты, касающиеся динамических флуоресцентных свойств биоконъюгированных нанокристаллов или квантовых точек (КТ) в различных химических и физических средах. Были приготовлены и сравнены разнообразные образцы КТ: изолированные отдельные КТ, агрегаты КТ и КТ, конъюгированные с другими наноразмерными материалами...

Смотрите также

Рекомендации

 Эта статья включает общедоступные материалы Национального института стандартов и технологий.

1. Пендри, Дж. Б. (2000). «Отрицательное преломление делает линзу идеальной» (PDF) . Письма о физических отзывах . 85 (18): 3966–3969. Бибкод : 2000PhRvL..85.3966P. doi : 10.1103/PhysRevLett.85.3966. PMID  11041972. S2CID  25803316. Архивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2016 г. Проверено 14 ноября 2009 г.
2. Чжан, Сян; Лю, Чжаовэй (2008). «Суперлинзы для преодоления дифракционного предела» (PDF) . Природные материалы . 7 (6): 435–441. Бибкод : 2008NatMa...7..435Z. дои : 10.1038/nmat2141. PMID  18497850. Архивировано из оригинала (бесплатная загрузка в формате PDF) 18 октября 2012 г. Проверено 3 июня 2013 г.
3. Агирре, Эдвин Л. (18 сентября 2012 г.). «Создание «идеального» объектива для получения изображений сверхвысокого разрешения». Журнал нанофотоники . 4 (1): 043514. Бибкод : 2010JNano...4d3514K. дои : 10.1117/1.3484153. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 2 июня 2013 г.
4. Кавата, С.; Иноуе, Ю.; Верма, П. (2009). «Плазмоника для ближнепольной нановизуализации и суперлинзирования». Природная фотоника . 3 (7): 388–394. Бибкод : 2009NaPho...3..388K. дои : 10.1038/nphoton.2009.111.
5. Винсон, В.; Чин, Г. (2007). «Знакомство со специальным выпуском – Свет, камера, действие». Наука . 316 (5828): 1143. doi : 10.1126/science.316.5828.1143 .
6. Пендри, Джон (сентябрь 2004 г.). «Управление ближним полем» (PDF) . Новости оптики и фотоники . Архивировано из оригинала (PDF) 21 февраля 2008 г.
7. Ананта, С. Рамакришна; Дж. Б. Пендри; MCK Уилтшир; У. Дж. Стюарт (2003). «Изображение ближнего поля» (PDF) . Журнал современной оптики . 50 (9): 1419–1430. дои : 10.1080/0950034021000020824.
8. GB 541753, Деннис Габор, «Усовершенствования оптических систем, состоящих из линз, или относящиеся к ним», опубликовано в 1941 г. 
9. Лаутербур, П. (1973). «Формирование изображения путем индуцированных локальных взаимодействий: примеры использования ядерного магнитного резонанса». Природа . 242 (5394): 190–191. Бибкод : 1973Natur.242..190L. дои : 10.1038/242190a0. S2CID  4176060.
10. «Профессор сэр Джон Пендри, Имперский колледж, Лондон». Серия коллоквиумов . Научно-исследовательская лаборатория электроники. 13 марта 2007 года . Проверено 7 апреля 2010 г.
11. Йегер, А. (28 марта 2009 г.). «Преодоление терагерцового разрыва». Новости науки . Проверено 2 марта 2010 г.
12. Саво, С.; Андреоне, А.; Ди Дженнаро, Э. (2009). «Суперлинзирующие свойства одномерных диэлектрических фотонных кристаллов». Оптика Экспресс . 17 (22): 19848–19856. arXiv : 0907.3821 . Бибкод : 2009OExpr..1719848S. дои :10.1364/OE.17.019848. PMID  19997206. S2CID  2217980.
13. Парими, П.; и другие. (2003). «Визуализация плоской линзой с использованием отрицательного преломления». Природа . 426 (6965): 404. Бибкод : 2003Natur.426..404P. дои : 10.1038/426404a . ПМИД  14647372.
14. Bullis, Кевин (27 марта 2007 г.). «Суперлинзы и компьютерные чипы меньшего размера». Журнал Technology Review Массачусетского технологического института . Архивировано из оригинала 7 июня 2011 г. Проверено 13 января 2010 г.
15. Новотный, Лукас (ноябрь 2007 г.). «Адаптировано из «Истории оптики ближнего поля»» (PDF) . Вольф, Эмиль (ред.). Прогресс в оптике . Серия «Прогресс в оптике». Том. 50. Амстердам: Эльзевир. стр. 142–150. ISBN 978-0-444-53023-3.
16. Synge, EH (1928). «Предлагаемый метод расширения микроскопического разрешения на ультрамикроскопическую область». Философский журнал и научный журнал . Серия 7. 6 (35): 356–362. дои : 10.1080/14786440808564615.
17. Synge, EH (1932). «Применение пьезоэлектричества в микроскопии». Филос. Маг . 13 (83): 297. дои : 10.1080/14786443209461931.
18. Смит, Гавайи (1974). «Технология изготовления поверхностно-акустических и тонкопленочных оптических приборов». Труды IEEE . 62 (10): 1361–1387. дои : 10.1109/PROC.1974.9627.
19. Шритураванич, В.; и другие. (2004). «Плазмонная нанолитография» (PDF) . Нано-буквы . 4 (6): 1085–1088. Бибкод : 2004NanoL...4.1085S. дои : 10.1021/nl049573q. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2010 г.
20. Фишер, Университет Чехии; Зингсхайм, HP (1981). «Субмикроскопическое воспроизведение узора в видимом свете». Журнал вакуумной науки и технологий . 19 (4): 881. Бибкод : 1981JVST...19..881F. дои : 10.1116/1.571227.
21. Герра, Джон М. (26 июня 1995 г.). «Сверхразрешение за счет освещения мимолетными волнами, рожденными дифракцией». Письма по прикладной физике . 66 (26): 3555–3557. Бибкод : 1995ApPhL..66.3555G. дои : 10.1063/1.113814. ISSN  0003-6951.
22. Шмид, Х.; и другие. (1998). «Светосвязывающие маски для безлинзовой субволновой оптической литографии» (PDF) . Письма по прикладной физике . 73 (19): 237. Бибкод : 1998ApPhL..72.2379S. дои : 10.1063/1.121362.
23. Фанг, Н.; и другие. (2005). «Оптическое изображение с субдифракционным ограничением с помощью серебряной суперлинзы». Наука . 308 (5721): 534–537. Бибкод : 2005Sci...308..534F. дои : 10.1126/science.1108759. PMID  15845849. S2CID  1085807.
24. Гарсия, Н.; Ньето-Весперинас, М. (2002). «Из левых материалов не получится идеальная линза». Письма о физических отзывах . 88 (20): 207403. Бибкод : 2002PhRvL..88t7403G. doi : 10.1103/PhysRevLett.88.207403. PMID  12005605. S2CID  32561041.
25. « Дэвид Р. Смит (10 мая 2004 г.). «Преодоление дифракционного предела». Институт физики. Архивировано из оригинала 28 февраля 2009 г. Проверено 31 мая 2009 г. .
26. Пендри, Дж. Б. (2000). «Отрицательное преломление делает линзу идеальной». Физ. Преподобный Летт . 85 (18): 3966–3969. Бибкод : 2000PhRvL..85.3966P. дои : 10.1103/PhysRevLett.85.3966 . PMID  11041972. S2CID  25803316.
27. Подольский, В.А.; Нариманов, Э.Э. (2005). «Близорукая суперлинза». Опция Летт . 30 (1): 75–7. arXiv : физика/0403139 . Бибкод : 2005OptL...30...75P. дои : 10.1364/OL.30.000075. PMID  15648643. S2CID  15680137.
28. Тассин, П.; Веретенников, И; Вандерсанде, Дж. (2006). «Линза Веселаго, состоящая из левых материалов с произвольным показателем преломления». Опция Коммун . 264 (1): 130–134. Бибкод : 2006OptCo.264..130T. doi : 10.1016/j.optcom.2006.02.013.
29. Брамфилд, Дж. (2009). «Метаматериалы: идеальный фокус». Новости природы . 459 (7246): 504–505. дои : 10.1038/459504a . ПМИД  19478762.
30. Мелвилл, Дэвид; Блейки, Ричард (21 марта 2005 г.). «Визуализация сверхвысокого разрешения через плоский слой серебра». Оптика Экспресс . 13 (6): 2127–2134. Бибкод : 2005OExpr..13.2127M. дои : 10.1364/OPEX.13.002127 . ПМИД  19495100.
31. Фанг, Николас; Ли, Х; Солнце, С; Чжан, X (2005). «Оптическое изображение с субдифракционным ограничением с помощью серебряной суперлинзы». Наука . 308 (5721): 534–537. Бибкод : 2005Sci...308..534F. дои : 10.1126/science.1108759. PMID  15845849. S2CID  1085807.
32. Чжан, Юн; Флюгель, Б.; Маскареньяш, А. (2003). «Полное отрицательное преломление в реальных кристаллах для баллистических электронов и света». Письма о физических отзывах . 91 (15): 157404. Бибкод : 2003PhRvL..91o7404Z. doi : 10.1103/PhysRevLett.91.157404. PMID  14611495. S2CID  36997903.
33. Белов, Павел; Симовский, Константин (2005). «Канализация субволновых изображений электромагнитными кристаллами». Физический обзор B . 71 (19): 193105. Бибкод : 2005PhRvB..71s3105B. doi : 10.1103/PhysRevB.71.193105.
34. Грбич, А.; Элефтериадес, Г.В. (2004). «Преодоление дифракционного предела с помощью плоской левой передающей линзы». Письма о физических отзывах . 92 (11): 117403. Бибкод : 2004PhRvL..92k7403G. doi : 10.1103/PhysRevLett.92.117403. PMID  15089166. S2CID  17693868.
35. Нильсен, РБ; Торесон, доктор медицины; Чен, В.; Кристенсен, А.; Хвам, Дж. М.; Шалаев В.М.; Болтассева, А. (2010). «На пути к суперлинзированию металлодиэлектрических композитов и мультислоев» (PDF) . Прикладная физика Б. 100 (1): 93–100. Бибкод : 2010ApPhB.100...93N. doi : 10.1007/s00340-010-4065-z. S2CID  39903291. Архивировано из оригинала (бесплатная загрузка в формате PDF) 8 сентября 2014 г.
36. Фанг, Н.; Ли, Х; Солнце, С; Чжан, X (2005). «Оптическое изображение с ограничением субдифракции с помощью серебряной суперлинзы». Наука . 308 (5721): 534–537. Бибкод : 2005Sci...308..534F. дои : 10.1126/science.1108759. PMID  15845849. S2CID  1085807.
37. Джеппесен, К.; Нильсен, РБ; Болтасева А.; Сяо, С.; Мортенсен, Северная Каролина; Кристенсен, А. (2009). «Тонкопленочная Ag-суперлинза на пути к интеграции лаборатории на чипе» (PDF) . Оптика Экспресс . 17 (25): 22543–52. Бибкод : 2009OExpr..1722543J. дои : 10.1364/OE.17.022543 . ПМИД  20052179.
38. Валентин, Дж.; и другие. (2008). «Трехмерный оптический метаматериал с отрицательным показателем преломления». Природа . 455 (7211): 376–379. Бибкод : 2008Natur.455..376V. дои : 10.1038/nature07247. PMID  18690249. S2CID  4314138.
39. Яо, Дж.; и другие. (2008). «Оптическое отрицательное преломление в объемных метаматериалах нанопроволок». Наука . 321 (5891): 930. Бибкод : 2008Sci...321..930Y. CiteSeerX 10.1.1.716.4426 . дои : 10.1126/science.1157566. PMID  18703734. S2CID  20978013. 
40. Шивананд; Лю, Хуэйкан; Уэбб, Кей Джей (2008). «Характеристики изображения изотропной плиты с отрицательной диэлектрической проницаемостью». Опция Летт. 33 (21): 2562–4. Бибкод : 2008OptL...33.2562S. дои : 10.1364/OL.33.002562. ПМИД  18978921.
41. Лю, Хуэйкан; Шивананд; Уэбб, Кей Джей (2008). «Возможности субволновой визуализации с помощью плоских одноосных анизотропных линз». Опция Летт. 33 (21): 2568–70. Бибкод : 2008OptL...33.2568L. дои : 10.1364/OL.33.002568. ПМИД  18978923.
42. В. Кай, Д. А. Генов, В. М. Шалаев, Phys. Ред. Б 72, 193101 (2005)
    • А.В. Кильдышев, В. Кай, Ю.К. Четтиар, Х.-К. Юань, А.К. Сарычев, В.П. Драчев, В.М. Шалаев, Ж. опт. Соц. Являюсь. Б 23, 423 (2006)
    • Л. Ши, Л. Гао, С. Хе, Б. Ли, Phys. Ред. Б 76, 045116 (2007)
43. З. Якоб, Л. В. Алексеев, Э. Нариманов, Опт. Экспресс 14, 8247 (2006)
    • П. А. Белов, Ю. Хао, Физ. Ред. Б 73, 113110 (2006)
    • Б. Вуд, Дж. Б. Пендри, Д. П. Цай, Phys. Ред. Б 74, 115116 (2006)
    • Е. Шамонина, В. А. Калинин, К. Х. Рингхофер, Л. Солимар, Электрон. Летт. 37, 1243 (2001)
44. Шивананд; Людвиг, Алон; Уэбб, Кей Джей (2012). «Влияние шероховатости поверхности на эффективные диэлектрические проницаемости и субволновое разрешение изображения линз из стопки металл-изолятор». Опция Летт. 37 (20): 4317–9. Бибкод : 2012OptL...37.4317S. дои : 10.1364/OL.37.004317. ПМИД  23233908.
45. Циолковски, RW; Хейман, Э. (2001). «Распространение волн в средах с отрицательной диэлектрической проницаемостью и проницаемостью» (PDF) . Физический обзор E . 64 (5): 056625. Бибкод : 2001PhRvE..64e6625Z. doi : 10.1103/PhysRevE.64.056625. PMID  11736134. S2CID  38798156. Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2010 г.
46. Смольянинов, Игорь И.; Хунг, Ю.Дж.; Дэвис, CC (27 марта 2007 г.). «Увеличительная суперлинза видимого диапазона частот». Наука . 315 (5819): 1699–1701. arXiv : физика/0610230 . Бибкод : 2007Sci...315.1699S. дои : 10.1126/science.1138746. PMID  17379804. S2CID  11806529.
47. Дюме, Б. (21 апреля 2005 г.). «Прорыв в суперлинзах». Мир физики . Архивировано из оригинала 19 января 2012 года . Проверено 31 мая 2009 г.
48. Пендри, JB (18 февраля 2005 г.). «Сборник справочников по фотонике». Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 11 января 2011 г.
49. Смит, доктор медицинских наук; и другие. (2003). «Ограничения субдифракционной визуализации с пластиной с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Письма по прикладной физике . 82 (10): 1506–1508. arXiv : cond-mat/0206568 . Бибкод : 2003ApPhL..82.1506S. дои : 10.1063/1.1554779. S2CID  39687616. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 1 ноября 2009 г.
50. Шелби, РА; Смит, доктор медицинских наук; Шульц, С. (2001). «Экспериментальная проверка отрицательного показателя преломления». Наука . 292 (5514): 77–9. Бибкод : 2001Sci...292...77S. CiteSeerX 10.1.1.119.1617 . дои : 10.1126/science.1058847. PMID  11292865. S2CID  9321456. 
51. Садатгол, М.; Оздемир, СК; Ян, Л.; Гюней, DO (2015). «Инъекция плазмона для компенсации и контроля потерь в метаматериалах с отрицательным индексом». Письма о физических отзывах . 115 (3): 035502. arXiv : 1506.06282 . Бибкод : 2015PhRvL.115c5502S. doi : 10.1103/physrevlett.115.035502. PMID  26230802. S2CID  2876786.
52. Адамс, В.; Садатгол, М.; Чжан, X.; Гюней, DO (2016). «Фокусировка« идеальной линзы »за счет почти идеальной компенсации потерь без усиления медиа». Новый журнал физики . 18 (12): 125004. arXiv : 1607.07464 . Бибкод : 2016NJPh...18l5004A. дои : 10.1088/1367-2630/aa4f9e. S2CID  119268393.
53. А. Гошрой, В. Адамс, К. Чжан и Д. О. Гуней, Схема инъекции активного плазмона для субдифракционной визуализации с несовершенной плоской линзой с отрицательным преломлением, arXiv: 1706.03886
54. Чжан, Сюй; Адамс, Вятт; Гюней, Дурду О. (2017). «Аналитическое описание обратного фильтра, имитирующего схему компенсации потерь при инжекции плазмона, и реализацию для гиперлинзы сверхвысокого разрешения». J. Опт. Соц. Являюсь. Б. _ 34 (6): 1310. Бибкод : 2017JOSAB..34.1310Z. дои : 10.1364/josab.34.001310 .
55. Уилтшир, M. ck; и другие. (2003). «Эндоскоп из метаматериалов для переноса магнитного поля: визуализация ближнего поля с помощью магнитных проводов». Оптика Экспресс . 11 (7): 709–715. Бибкод : 2003OExpr..11..709W. дои : 10.1364/OE.11.000709 . ПМИД  19461782.
56. Дюме, Б. (4 апреля 2005 г.). «Прорыв в суперлинзах». Мир физики . Архивировано из оригинала 19 января 2012 г. Проверено 10 ноября 2009 г.
57. Лю, З.; и другие. (2003). «Быстрый рост затухающей волны с помощью серебряной суперлинзы» (PDF) . Письма по прикладной физике . 83 (25): 5184. Бибкод : 2003ApPhL..83.5184L. дои : 10.1063/1.1636250. Архивировано из оригинала (PDF) 24 июня 2010 г.
58. Лагарков, АН; В. Н. Кисель (18 февраля 2004 г.). «Почти идеальное изображение в системе фокусировки на основе пластины из левостороннего материала». Физ. Преподобный Летт . 92 (7): 077401 [4 страницы]. Бибкод : 2004PhRvL..92g7401L. doi : 10.1103/PhysRevLett.92.077401. ПМИД  14995884.
59. Блейки, Ричард Дж ; Мелвилл, Дэвид ОС (20 января 2005 г.). «Визуализация через плоские серебряные линзы в оптическом ближнем поле». J. Опт. Соц. Являюсь. А. _ 7 (2): С176–С183. Бибкод : 2005JOptA...7S.176B. дои : 10.1088/1464-4258/7/2/023.
60. Грегор Р.Б. и др. (25 августа 2005 г.). «Моделирование и тестирование линзы с градуированным отрицательным показателем преломления» (PDF) . Письма по прикладной физике . 87 (9): 091114. Бибкод : 2005ApPhL..87i1114G. дои : 10.1063/1.2037202. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июня 2010 года . Проверено 1 ноября 2009 г.
61. Дюран, Стефан; и другие. (2 декабря 2005 г.). «Теория пропускающих свойств оптической суперлинзы дальнего поля для получения изображений за дифракционным пределом» (PDF) . J. Опт. Соц. Являюсь. Б. _ 23 (11): 2383–2392. Бибкод : 2006JOSAB..23.2383D. дои : 10.1364/JOSAB.23.002383 . Проверено 26 октября 2009 г.
62. Лю, Чжаовэй; и другие. (22 мая 2007 г.). «Экспериментальные исследования суперлинзы дальнего поля для субдифракционной оптической визуализации». Оптика Экспресс . 15 (11): 6947–6954. Бибкод : 2007OExpr..15.6947L. дои : 10.1364/OE.15.006947 . ПМИД  19547010.
63. Джеффруа, Лерози; и другие. (27 февраля 2007 г.). «Фокусировка за дифракционным пределом с обращением времени в дальней зоне». Наука . 315 (5815): 1120–1122. Бибкод : 2007Sci...315.1120L. дои : 10.1126/science.1134824. PMID  17322059. S2CID  16152502.
64. Джейкоб, З.; Алексеев Л.; Нариманов, Э. (2005). «Оптическая гиперлинза: визуализация в дальнем поле за пределами дифракционного предела». Оптика Экспресс . 14 (18): 8247–8256. arXiv : физика/0607277 . Бибкод : 2006OExpr..14.8247J. дои : 10.1364/OE.14.008247. PMID  19529199. S2CID  11542914.
65. Саландрино, Алессандро; Надер Энгета (16 августа 2006 г.). «Субдифракционная оптическая микроскопия в дальнем поле с использованием кристаллов метаматериалов: теория и моделирование» (PDF) . Физ. Преподобный Б. 74 (7): 075103. Бибкод : 2006PhRvB..74g5103S. doi : 10.1103/PhysRevB.74.075103. hdl : 1808/21743 .
66. Ван, Цзюнься; Ян Сюй Хуншэн Чен; Чжан, Бэйл (2012). «Ультрафиолетовая диэлектрическая гиперлинза со слоистым графеном и нитридом бора». arXiv : 1205.4823 [физика.chem-ph].
67. Харт, Уильям С; Бак, Алексей О; Филлипс, Крис С. (7 февраля 2018 г.). «Сверхразрешение со сверхмалыми потерями и чрезвычайно анизотропными полупроводниковыми метаматериалами». Достижения АИП . 8 (2): 025203. Бибкод : 2018AIPA....8b5203H. дои : 10.1063/1.5013084 . hdl : 10044/1/56578 .
68. Лю, Z; и другие. (27 марта 2007 г.). «Оптическая гиперлинза в дальней зоне, увеличивающая объекты с ограниченной субдифракцией» (PDF) . Наука . 315 (5819): 1686. Бибкод : 2007Sci...315.1686L. CiteSeerX 10.1.1.708.3342 . дои : 10.1126/science.1137368. PMID  17379801. S2CID  5917552. Архивировано из оригинала (PDF) 20 сентября 2009 г. 
69. Ро, Джунсук; Йе, Цзилян; Сюн, И; Инь, Сяобо; Лю, Чжаовэй; Чхве, Хёнсок; Барталь, Гай; Чжан, Сян (1 декабря 2010 г.). «Сферическая гиперлинза для двумерной субдифракционной визуализации на видимых частотах». Природные коммуникации . 1 (9): 143. Бибкод : 2010NatCo...1..143R. дои : 10.1038/ncomms1148 . ПМИД  21266993.
70. Хуан, Бо; Ван, В.; Бейтс, М.; Чжуан, X. (8 февраля 2008 г.). «Трехмерная визуализация сверхразрешения с помощью микроскопии стохастической оптической реконструкции». Наука . 319 (5864): 810–813. Бибкод : 2008Sci...319..810H. дои : 10.1126/science.1153529. ПМК 2633023 . ПМИД  18174397. 
71. Пендри, Джон (7 апреля 2003 г.). «Идеальные цилиндрические линзы» (PDF) . Оптика Экспресс . 11 (7): 755–60. Бибкод : 2003OExpr..11..755P. дои : 10.1364/OE.11.000755 . ПМИД  19461787 . Проверено 4 ноября 2009 г.
72. Милтон, Грэм В.; Николовичи, Николае-Александру П.; Макфедран, Росс К.; Подольский, Виктор А. (08 декабря 2005 г.). «Доказательство суперлинзирования в квазистатическом режиме и ограничений суперлинз в этом режиме из-за аномального локализованного резонанса». Труды Королевского общества А. 461 (2064): 3999 [36 страниц]. Бибкод : 2005RSPSA.461.3999M. дои : 10.1098/rspa.2005.1570. S2CID  120546522.
73. Шуриг, Д.; Дж. Б. Пендри; Д. Р. Смит (24 октября 2007 г.). «Оптические элементы трансформационной конструкции». Оптика Экспресс . 15 (22): 14772–82. Бибкод : 2007OExpr..1514772S. дои : 10.1364/OE.15.014772 . PMID  19550757. S2CID  16247289.
74. Цанг, Манкей; Псалтис, Деметрий (2008). «Увеличение идеальных линз и конструкция суперлинз путем преобразования координат». Физический обзор B . 77 (3): 035122. arXiv : 0708.0262 . Бибкод : 2008PhRvB..77c5122T. doi : 10.1103/PhysRevB.77.035122. S2CID  9517825.
75. Хуан FM и др. (24 июня 2008 г.). «Массив наноотверстий как линза» (PDF) . Нано Летт . 8 (8): 2469–2472. Бибкод : 2008NanoL...8.2469H. дои : 10.1021/nl801476v. PMID  18572971. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2012 г. Проверено 21 декабря 2009 г.
76. «Северо-восточные физики разрабатывают трехмерную нанолинзу из метаматериала, которая позволяет получать изображения со сверхвысоким разрешением». Прототип нанолинзы из метаматериала сверхвысокого разрешения . Nanotechwire.com. 18 января 2010 г. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 20 января 2010 г.
77. Кассе, BDF; Лу, WT; Хуанг, Ю.Дж.; Гюльтепе, Э.; Менон, Л.; Шридхар, С. (2010). «Визуализация сверхвысокого разрешения с использованием трехмерной нанолинзы из метаматериалов». Письма по прикладной физике . 96 (2): 023114. Бибкод : 2010ApPhL..96b3114C. дои : 10.1063/1.3291677. hdl : 2047/d20002681 .
78. Юнг, Дж. И; Л. Мартин-Морено; Ф. Дж. Гарсиа-Видаль (9 декабря 2009 г.). «Светопропускающие свойства дырчатых металлических пленок в пределе метаматериала: теория эффективной среды и субволновые изображения». Новый журнал физики . 11 (12): 123013. Бибкод : 2009NJPh...11l3013J. дои : 10.1088/1367-2630/11/12/123013 .
79. Сильвейринья, Марио Г.; Энгета, Надер (13 марта 2009 г.). «Передача изображения через субволновое отверстие». Письма о физических отзывах . 102 (10): 103902. Бибкод : 2009PhRvL.102j3902S. doi : 10.1103/PhysRevLett.102.103902. ПМИД  19392114.
80. Кан, Хён Гон; Токумасу, Фуюки; Кларк, Мэтью; Чжоу, Чжэньпин; Тан, Цзянюн; Нгуен, Тинь; Хван, Джисон (2010). «Исследование свойств динамической флуоресценции одиночных и кластерных квантовых точек для количественной биомедицинской визуализации клеток». Междисциплинарные обзоры Wiley: наномедицина и нанобиотехнологии . 2 (1): 48–58. дои : 10.1002/wnan.62. ПМИД  20049830.

Внешние ссылки

• «В поисках суперлинзы» Джона Б. Пендри и Дэвида Р. Смита . Научный американец . Июль 2006 г. PDF Имперский колледж .
• Субволновая визуализация
• Профессор сэр Джон Пендри из Массачусетского технологического института – «Идеальный объектив: разрешение за пределами длины волны».
• «Поверхностно-плазмонная субволновая оптика» 05.12.2009
• «Суперлинзы для преодоления дифракционного предела. Архивировано 20 июля 2011 г. в Wayback Machine » .
• «Преодоление дифракционного предела. Архивировано 28 февраля 2009 г. в Wayback Machine ». Обзор теории суперлинз.
• «Моделирование плоской суперлинзы» EM Talk
• «Микроскоп с суперлинзой приближается. Архивировано 19 января 2012 г. в Wayback Machine ».
• «Прорыв в области суперлинз. Архивировано 19 января 2012 г. в Wayback Machine ».
• «Суперлинза преодолевает оптический барьер. Архивировано 13 января 2012 г. в Wayback Machine ».
• «Материалы с отрицательным показателем преломления» В.А. Подольского.
• «Оптимизация суперлинзы: манипулирование геометрией для повышения разрешения» В.А. Подольский и Николас А. Кухта
• «Теперь вы это видите, а теперь нет: маскировочное устройство — это не просто научная фантастика»
• «На первой странице описана первая демонстрация отрицательного преломления в природном материале»
• «Материалы с отрицательным индексом стали проще. Архивировано 17 января 2010 г. в Wayback Machine ».
• «Простая «суперлинза» увеличивает мощность фокусировки». Объектив, способный фокусироваться в 10 раз интенсивнее, чем любая традиционная конструкция, может значительно улучшить беспроводную передачу энергии и фотолитографию ( New Scientist , 24 апреля 2008 г.).
• «Оптическая наноскопия в дальнем поле ^{[ постоянная мертвая ссылка ]} » Стефана В. Хелла. Том. 316. Наука . 25 мая 2007 г.
• «Ультрафиолетовая диэлектрическая гиперлинза со слоистым графеном и нитридом бора», 22 мая 2012 г.
• Андрей, Михай (04 января 2018 г.). «Новая революционная металинза фокусирует весь видимый спектр в одной точке». ЗМЭ Наука . Проверено 5 января 2018 г.