Сян Чжан (Xiang Zhang) и его коллеги из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) получили несколько оптических изображений объектов нанометрового масштаба с разрешением, значительно превышающим теоретически определённый предел дифракции.
Чжан сотоварищи построили гиперлинзу. Так они назвали оптический прибор, позволивший обойти дифракционный барьер. Кстати, в данном опыте он был равен, по словам авторов работы, 260 нанометрам, однако физики получили превосходные снимки пары параллельных проводков, толщиной 35 нанометров каждый, разделённых 150 нанометрами (и провода выглядели раздельными), а ещё — изображения букв O и N, составленных из таких же проводков.
Сразу нужно пояснить, что гиперлинза, по сути, является дальнейшей эволюцией суперлинзы, созданной там же — в группе Чжана. Она позволила выполнять оптическую съёмку с разрешением, равным одной шестой от длины использованной волны.
Теперь учёные пошли дальше. Суперлинза была «близорукой», вернее, формировала изображение непосредственно около своей поверхности. Гиперлинза лишена этого недостатка. Хотя сам объект съёмки по-прежнему должен находиться почти на поверхности этой линзы.
Гиперлинза состоит из большого количества очень тонких (меньше длины волны) чередующихся слоёв оксидов серебра и алюминия, помещённых во впадине половинки цилиндра, вырезанного из кварца. Когда объект освещён, его так называемые эванесцентные (исчезающие) волны проходят через линзу.
Тут нужно пояснить, что исчезающие волны нарушают полное внутреннее отражение, проходя через границу двух сред с разным коэффициентом преломления при определённом угле падения, когда по законам геометрической оптики – волна должна возвращаться назад.
Однако такие волны убывают по экспоненте и полностью исчезают на расстоянии порядка длины волны (если считать от этой самой преодолённой границы). Потому получать при помощи эванесцентных волн изображения — крайне трудно.
Но по мере продвижения таких волн через изогнутые слои гиперлинзы, которые не дают им затухнуть, волны эти сжимаются, а изображение — увеличивается. Сразу за гиперлинзой изображение захватывает линза обычная и проецирует на плоскость, удалённую на расстояние в один метр.
Чжан с коллегами считают это достижение новым шагом на пути к оптическому наноскопу, в котором не только плоскость формирования изображения, но и наблюдаемый объект могут быть удалены на приличное расстояние от объектива.
А это раскроет перед исследователями богатые возможности по наблюдению за живыми клетками в реальном времени и с недостижимым ранее разрешением.
Напомним, очень высокое разрешение обеспечивают такие приборы, как сканирующий электронный микроскоп. Вот только он требует, чтобы объект съёмки находился в вакууме и был неподвижным в процессе «экспозиции», то есть — замер на несколько минут. Что для съёмки живых объектов — неприемлемо.
На снимке под заголовком. Вверху — схема гиперлинзы. Внизу — три картинки в ряд: снимок параллельных нанопроводков, сделанный электронным сканирующим микроскопом; те же проводки, отснятые оптическим способом с применением гиперлинзы, наконец — отснятые без гиперлинзы (как видите, здесь они слились в одну жёлтую полоску). Справа: O и N, составленные из таких же нанопроводков, снятые через гиперлинзу (жёлто-красное изображение), и электронный микроскоп (серое изображение).
Если вам интересны другие недавние опыты со светом, то почитайте о том, как физики протолкнули свет сквозь игольное ушко, построили антизеркало и даже идеальное зеркало (ну, почти).
