Наноразмерное снятие отпечатков пальцев с использованием гиперболических метаматериалов

[19459007

Гиперболические метаматериалы – это структуры, созданные искусственно путем нанесения чередующихся тонких слоев проводника, такого как графен или серебро, на подложку. Одной из их отличительных способностей является содействие распространению очень узкого светового пучка, который можно получить, поместив наночастицу на ее верхнюю поверхность и используя лазерный луч для освещения.

На практике очень трудно получить субволновые изображения неопознанных и случайных объектов, но, как сообщают ученые из Мичиганского университета и Университета Пердью в APL Photonics, из AIP Publishing, не всегда необходимо получить полное изображение, когда что-то об этом объекте ранее известно.

Один знакомый пример из повседневной жизни – это отпечаток пальца. Система распознавания отпечатков пальцев не нуждается в получении полного изображения отпечатка пальца в высоком разрешении – она ​​должна только распознавать его.

Теодор Б. Норрис, профессор Мичиганского университета.

Итак, один из соавторов Евгений Евгеньевич Нариманов начал размышлять о том, можно ли распознать объекты нанометрового размера без необходимости получать цельные изображения.

Направление распространения луча в гиперболическом метаматериале определяется длиной волны света. Прокрутка длины волны падающего света позволяет узкому лучу сканировать нижний гиперболический метаматериал и его воздушную границу. Если нанообъекты расположены вблизи нижнего интерфейса, они рассеивают свет; это рассеяние является наиболее сильным, когда узкий луч направлен на них.

Мы можем измерить мощность рассеянного света с помощью фотоприемника и построить график зависимости мощности рассеянного света от длины волны падающего света. Такой график кодирует пространственную информацию о нанообъектах по длине волны пика рассеяния на графике и кодирует их информацию о материале по высоте пика.

Чжэнью Хуан, аспирант Мичиганского университета.

График действует как «отпечаток пальца», который позволяет ученым определить расстояние нижнего нанообъекта, который должен быть обнаружен относительно верхней наночастицы, а также расстояние между двумя нанообъектами и их материалом. свойства.

Получение проникновения в наноразмерный мир с помощью оптики было одним из наиболее сильно исследованных рубежей в оптике за последние 10 лет. «Традиционный микроскоп ограничен в разрешении длиной волны света», – сказал Хуан. «И, используя обычный микроскоп, наименьшая особенность, которую можно разрешить, составляет около 250 нанометров для видимого света – также известный как предел Аббе».

Для преодоления этого предела и разрешения небольших аспектов потребуются некоторые передовые технологии.

Большинство методов визуализации с изображениями, содержащими интересующие объекты в качестве измерения . Но вместо того, чтобы следовать подходу визуализации, наша работа демонстрирует новый способ получения пространственной и материальной информации о микроскопическом мире посредством процесса «снятия отпечатков пальцев».

Чжэнью Хуан, аспирант Мичиганского университета.

Важно отметить, что он может разрешать два объекта, которые находятся на расстоянии всего 20 нм друг от друга, что значительно превышает предел Аббе.

Наша работа потенциально может найти применение в биомолекулярных измерениях. Например, люди заинтересованы в определении расстояния между двумя биомолекулами с наноразмерным разделением, которое можно использовать для изучения взаимодействия между белками. И наш метод может также использоваться для мониторинга промышленной продукции, чтобы определить, были ли наноструктурированные детали изготовлены в соответствии со спецификацией.

Чжэнью Хуан, аспирант Мичиганского университета.

Source link