Süper lens

Süperlens, kırınım sınırının ötesine giden metamateryallerin kullanıldığı bir mercektir. Kırınım sınırı geleneksel lenslerin ve mikroskopların çözünürlük duyarlılığının limitidir. Farklı yollar ile kırınım sınırının ötesine geçebilen birçok lens çeşidi vardır ancak onları engelleyen ve işlevlerini etkileyen birçok etmen vardır.
Süper lens kavramının gelişimi
Ernst Abbe'in 1873 yılında bildirdiği gibi, bir kamera veya mikroskop objektifinin herhangi bir görüntünün bazı çok ince ayrıntıları yakalama yeteneği yoktur. Süper lensler bu ince ayrıntıları yakalamak için amaçlanmıştır. Sonuç olarak, geleneksel lenslerdeki bu sınırlama biyolojik bilimlerdeki birçok çalışmanın ilerleyişini engellemiştir. Bunun sebebi bir virüs veya DNA molekülünün, en yüksek enerjili mikroskopların bile görsel aralığının dışında olmasıdır. Ayrıca bu sınırlama, kendi doğal ortamlarında yaşayan bir hücrenin mikrotübülü boyunca hareketindeki hücresel proteinlerin işlemlerini görmeyi engeller. Ayrıca, bilgisayar çipleri ve birbiriyle etkileşen mikroelektronik çok daha küçük ölçekler de üretilebilmesi gerekmektedir. Bütün bu engelleri aşabilmek için özel optik ekipmanları kullanılmıştır ancak bu özel ekipmanlarda da geleneksel lensler kullanılmıştır. Bu nedenle, süper lens esasları bir DNA molekülü ve hücresel protein işlemleri görüntüleme ya da daha küçük bir bilgisayar yongasında ve mikroelektronik üretiminde yardım etmek için bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Ayrıca, geleneksel lensler yalnızca yayılan ışık dalgalarını yakalayabiliyordu. Bu dalgalar bir ışık kaynağı ya da bir nesneden lense ya da insan gözüne yansıyan dalgalardı. Bu alternatif uzak alan olarak ele alınabilir. Buna karşılık, bir süperlens, uzak alan ve yakın alanda hem de ele alınabilir bir nesnenin yüzeyinin üstünde bulunan ışık dalgalarını ve ilerleyen dalgaları yakalayabilir.
20. yüzyılın başlarında, Dennis Gabor tarafından kullanılan "süperlens" kavramı, bir şeyleri açıklamak oldukça farklıydı: bir bileşik lenslet dizi sistemiydi.
Teori
Görüntü oluşumu
Bir nesnenin görüntüsü bu nesnenin özelliklerinden elle tutulur, gözle görülür bir temsili olarak tanımlanabilir. Elektromanyetik radyasyon alanları ile etkileşim, görüntü oluşumu için bir gerekliliktir. Ayrıca, bir radyasyon dalgasının dalga boyu resmin çözünürlüğünü ve detay seviyesini belirler. Örneğin, optik mikroskop da, görüntü üretimi ve çözünürlük, görünür ışıkın dalga boyuna bağlıdır. Ancak, bir süperlens kullanılarak, bu sınırlama kaldırılabilir ve yeni sınıf görüntü oluşturulabilir.
Elektron demeti litografisisi bu çözünürlük sınırı sorununu çözeilir. Ancak, optik mikroskop bile 200 nanometrenin üzerine çıkamaz. Fakat yeni teknolojiler ile kombine optik mikroskoplar bir arada kullanıldığında çözünürlüğün artmasına izin verebilir (bkz. aşağıdaki bölümler).
Bu çözünürlük bariyeri ışık dalga boyunun yarısında kesilmiş çözünürlük olarak tanımlanabilir. Bu görünür ışık spektrumu 390 nanometre ile 750 nanometre arasında bir aralığa sahiptir. Yeşil ışık yaklaşık 500 nanometre. Mikroskobla inceleme, diyafram, nesne ile lens arasındaki uzaklık ve incelenen malzemenin kırılma indisi gibi parametreleri dikkate alır. Bu kombinasyon çözünürlük sınırını 200 nanometre çizelgeleştirir ve mikroskopi optik sınırını tanımlar. Bu nedenle, geleneksel lensler kelimenin tam anlamıyla "sıradan" ışık dalgalarını, çok ince bilgi ve fani dalgalar halinde bulunan nesnenin küçük ayrıntıları kullanarak bir nesnenin görüntüsü oluşturan ışık dalgalarını yakalayamaz. Bu Boyutlar 200 nanometreden çok daha küçüktür. Bu nedenle, mikroskop gibi geleneksel optik sistemleri doğru resim, çok küçük nanometre boyutlu yapılar ya da bu tür virüs veya DNA molekülleri ve nanometre büyüklüğünde organizmaları incelemeyi mümkün kılmamıştır.
Standart optik mikroskop sınırlamaları (parlak alan mikroskobu) üç gruba ayrılır:
Tekniği sadece karanlık ya da güçlü kırılma nesnelerinin görüntüsünde etkili.
Kırınım sınırlı nesne, ya da hücre, çözüm için yaklaşık 200 nanometre.
Dışarı odak ışık gelen noktaları dış odak düzlem azaltır görüntü netliği.
Hücrenin iç yapıları çoğunlukla renksiz ve saydam olduğu için genellikle yeterli kontrast eksikliği yüzünden canlı hücreler üzerinde başarıyla çalışılamıyor. Kontrastı artırmak için en yaygın yol, seçici boyalarla farklı yapıları belirginleştirmektir, ancak genellikle bu canlıyı öldürmeyi veya örnek sabitlemeyi gerektirir. Boyama, numunenin işlenmesi nedeniyle ve böylece numunenin meşru bir özellik değillerdir belirgin yapısal ayrıntıları ortaya koyabilir.
Geleneksel lens
Geleneksel cam lens insanlar arasında ve bilim alanında oldukça yaygındır. Bu, optiğin temel barçasıdır çünkü farklı dalga boylarındaki ışık ile etkileşim gösterir. Aynı zamanda, ışığın dalga boyu normal görüntü çizmek için kullanılan bir kalem genişliğine benzer olabilir. Örneğin, bir dijital video sisteminde kullanılan lazer, sadece ışık dalga boyuna göre bir DVD ayrıntıları tespit ederken zaman sınırı göze çarpıyor. Görüntü bu sınırlamanın ötesinde gözlemlenemez.
Böylece, bu fenomen ile ilişkili bir nesnenin yaydığı veya yansıttığı ışık iki tür elektromanyetik radyasyon içerir. Bunlar yakın alan radyasyon ve uzak alan radyasyon. Açıklamasında ima ettiği gibi uzak alan radyasyonu nesnenin ötesine kaçar. Daha sonra kolayca yakalanır ve geleneksel cam lens tarafından manipüle edilir. Ancak, kullanışlı (nanometre büyüklüğünde) çözünürlük ayrıntıları, gözlenmez, çünkü onlar yakın alanda gizlenirler. Onlar geleneksel lens tarafından yakalanan çok ışık yayan nesneye yakın hareket edemez ve lokalize kalır. Yakın alan radyasyon kontrolünde yüksek çözünürlük için, kolayca doğada elde edilen malzemelerden yeni bir sınıf yapılabilmesi kolay değildir. Bu atomik ve moleküler birimler kendi özellikleri gibi kristaller halinde tanıdık katıların, aksine bulunmaktadır. Yeni bir malzeme sınıfı olarak adlandırdığı metamalzemeler, kendi özelliklerini ile yapay olarak daha büyük yapılardan alır. Bu malzemeler, ayrıntılı resimleri aşan sınırlamalar empoze ederek dalga boyu olan ışık gibi yeni özellikler ve yeni çözümlere sahip olmuştu.
Işık dalga boyunun ötesinde görüntüleme
Bu, gerçek zamanlı olarak canlı biyolojik hücre etkileşimleri, doğal çevreyi ve dalga boyu ötesi görüntüleme ihtiyacını görme arzusuna yol açmıştır. Dalga boyu ötesinde görüntüleme görünür ışığın dalga boyunun altında bir nesneden ya da organizmadan bilgi edinmek için gerekli yetenek ile optik mikroskopi olarak tanımlanabilir (bakınız yukarıdaki bölümler). Diğer bir deyişle, 200 nanometre altında, gerçek zamanlı olarak, gözlemleme yeteneği var. Gündelik ışık iletim ortamı olduğu için optik mikroskop istilacı olmayan bir teknik ve teknolojidir. Optik limitin ötesinde optik mikroskop ile görüntüleme, hücresel düzeyde ve nanometre düzeyinde tasarlanabilir.
Örneğin, 2007 yılında geleneksel optik lens ile metamalzeme birleştiğinde, metamalzeme tabanlı objektif sıradan bir optik mikroskop ile görülebilen çok küçük (nano) desenleri görmek için görünür ışık manipüle edebildiği gösterilmiştir. Bu potansiyel sadece bir canlı hücreler ya da hücresel süreçlerinde proteinler ve yağların hareket ve dışarı hücreleri gibi incelemek için değildir. Bu teknoloji etki, teknoloji alanında, şimdiye kadar küçük bilgisayar çipleri üretimi için gerekli fotolitografi ve nanolitografi ilk adımlarını geliştirmek için kullanılabilir.
Dalga boyunun ötesinde görüntülemeye odaklanma fotonların kullanıldığı dalga boylarından daha küçük olan objeleri görmeye izin veren nadir bir görüntüleme sistemi haline geldi. Bir foton ışık asgari birimidir. Daha fiziksel olarak imkansız olduğu düşünülen dalga boyunun ötesinde görüntüleme, metamalzemelerin gelişmesi ile birlikte yapılabilir hale gelmiştir. Bu genel olarak birkaç atom kalınlığında altın veya gümüş katmanlardan oluşan bir süperlens ile 1D ve 2D fotonik kristaller kullanılarak yapılabilir. İnce etkileşimi arasında yayılıyor, fani dalgaları, yakın alan görüntüleme ve uzak alan görüntüleme tartışılan bölümleri aşağıda.
Erken dalga boyu ötesinde görüntüleme
Metamalzeme lensler (Süperlens) her durumda negatif kırılma indisine üreterek nanometre büyüklüğünde görüntüleri yeniden görüntüleyebilir. Hızla azalan bu dengeler fani dalgalar. Metamalzemeler öncesinde, çok sayıda başka teknikler önerilmiştir ve hatta süper çözünürlüklü mikroskopi oluşturmak için çabalar vardı. 1928 yılına kadar, Edward Hutchinson Synge, bir bilim adamı, yakın alan tarama optik mikroskop fikrini tasarlamak ve geliştirmek için kredi verildi.
1974 önerileri için iki-boyutlu üretim teknikleri önerilmişti. Bu öneriler uygun kontak bir düzlemsel substrat üzerinde, kabartma, fotolitografi, elektron litografi, X-ışını litografi veya iyon bombardımanı dahil bir görüğntüleme modeli oluşturmak içindi.
Paylaşılan teknolojik metamalzeme lens ve çeşitli litografinin amacı boyutları vakum içerisindeki ışığın dalga boyunda çok daha küçük olan özelliklere sahip optik çözünürlük. 1981 yılında mavi ışık (400 nm) ile düzlemsel (düz) mikroskopik metal kalıplarının temas görüntüleme iki farklı teknik gösterilmiştir. Bir denemenin sonucunde görüntü çözünürlüğü 100 nm ve başka birinde çözünürlük,50 ile 70 nm arasınde.
1998 yılından bu yana yakın alan optik litografi nanometre ölçekli özellikleri oluşturmak için tasarlanmıştır. Bu teknoloji üzerine sürekli olarak yapılan araştırmalar 2000-2001 yıllarına gelindiğinde negatif indeks yoğun yerleşim alanları içinde ilk kez deneysel olarak gösterilmiştir. Elektron demeti litografi etkinliği de nanometre ölçekli uygulamalar için yeni milenyumun başından beri araştırılmışdır. Nanobaskı litografi nanometre ölçekli araştırma ve teknoloji için arzu edilen avantajlara sahip olduğu gösterilmiştir.
Gelişmiş derin UV fotolitografi, şimdi 100 nm çözünürlük ile sunabilir, ancak desenleri arasındaki minimum özellik boyutu ve aralık ışık kırınım sınırı tarafından belirlenir. Bu gibi fani yakın alan litografi, yakın alan girişim litografi ve faz değiştirme maske litografi olarak türev teknolojiler, kırınım sınırı aşmak için geliştirilmiştir.
2000 yılında, John Pendry ışığın dalga boyunun altında odaklama için nanometre ölçekli görüntüleme elde edebilen bir Metamalzeme lens kullanmayı önerdi.
Kırınım sınırının analizi
Mükemmel lens oluşturmak için sorun, bir kaynaktan çıkan bir EM alanının genel genişlemede yayılan dalgalar ve yakın alan veya kaybolan dalgaların hemen olmasıdır. Örneğin, düzlemsel dalgalar yayma ve arayüze paralel ilerlemek ile oluşacak olacak S-kutuplaşması, bir elektrik alan ile 2-B hat kaynağının bir örneğidir. Yayılma yönünde ilerleyen ve orta arayüzüne paralel bir yönde küçük kaybolan dalga, önceden kaybolan, çürüyen, dalgalardı. Sıradan (pozitif indeks) optik elemanlar, yayılan bileşenleri yönlendirir, ancak katlanarak çürüyen homojen olmayan bileşenler, her zaman bir görüntüye odaklama için kırılma sınırında kaybolur.
Bir süperlens, yakın alan ışınlarını büyütmek için dalga boyu ötesinde görüntüleme kabiliyetine sahip olan bir lenstir. Geleneksel lensler nedeniyle sözde kırınım sınırı, bir dalga boyu mertebesinde bir çözünürlüğe sahip. Bu sınır görünür ışığın dalga boyundan çok daha küçük bireysel atomlar gibi çok küçük nesneleri görüntülemeyi engellemektedir. Bir süperlens kullanılarak kırınım sınırı yenilebilir. Bir örnek, Pendry düz lens olarak kırılma negatif indeksi ile bir malzeme levha kullanır, tarif edilen başlangıç camdır. Teorik olarak, mükemmel bir lens mükemmel odak yeteneğine sahip olacak - mükemmel görüntü düzleminde kaynak düzlemin elektromanyetik alan üretmesi anlamına gelir.
Çözünürlük kısıtlaması olarak kırınım sınırı
Geleneksel lenslerin performans sınırlaması kırınım sınırından kaynaklanmaktadır. Pendry(2000) izlenerek, kırınım sınırı şu şekilde anlaşılabilir. Bir nesne ve nesneyi ışınları + z yönde hareket eden, böylece, z ekseni boyunca yerleştirilmiş bir lens göz önünde bulundurun. Nesneden yayılan alan düzlem dalgaları üst üste olarak, açısal spektrum yöntemi açısından yazılabilir:

'nin 'ye bağlı olduğu fonksiyon olarak:

Sadece pozitif kare kökü enerji +z yönünde olacak şekilde alınır. Tüm bileşenlerinin açısal spektrum görüntü için hangi gerçek vardır aktarılan ve yeniden odaklanmış tarafından sıradan bir lens. Ancak,

Daha sonra hayali olur ve dalga genliği dalga z ekseni boyunca yayılırken çürükleri bir fani dalgadır. Bu sonuçlar, yüksek frekans (küçük ölçekli) özelliklerinin görüntüleri hakkında bilgi içeren yüksek açısal frekans dalgalarının kaybolmasını gösterdi. Dalga boyu ile ifade edilebilen elde edilebilir en yüksek çözünürlük:


Bir süperlens kırınım sınırını aşabilir. Bir Pendry tipi süperlens n indisine sahip = 1 (ε = -1, μ = -1) ve böyle bir malzeme, + z yönünde enerji taşıma olması dalga vektörü z bileşeni yönünde ters işareti gerektirir:

Büyük açısal frekanslar için, büyüdükçe kaybolan dalgalar, uygun lens kalınlığı ile çok köşeli yelpazenin tüm bileşenlerine bozulmadan lens aracılığıyla iletilebilir. Fani dalgalar büyüme yönünde taşırken enerjinin korunumu ile herhangi bir sorun yoktur. Poynting vektörü büyüme yönüne dik yönlendirilmiştir. Mükemmel lens içinde seyahat eden dalgalar için, Poynting vektörü faz hızının tersi yöndedir. [kaynak belirtilmeli]
Kırılma Endeksinin olumsuz etkileri
Normal olarak, bir dalga iki malzemenin arayüzü üzerinden geçtiğinde, dalga normalin karşı tarafında görünür. Ancak, ara yüz negatif kırılma indeksli bir malzeme ile pozitif kırılma indeksli başka bir malzeme arasında ise, dalga normalle aynı tarafta görünecektir. Pendry'nin fikrin de mükemmel bir lens n = -1 olduğu düz bir malzemedir. Böyle bir lens yakın alan ışınlarını görebilir, normalde bozunma nedeniyle kırınım sınırı, bir kez objektifin içine odaklanır ve bir kez dışında objektifin izin verdiği dalga ötesinde görüntüleme yapar.
Süper lenslerin geliştirilmesi ve imalatı
Süperlens imalatı imkansız olduğu düşünülen bir anda oldu. 2000, Pendry iki yüzlü basit bir levhanın bu işi yapabileceğini öne sürdü. Negatif geçirgenliği ve geçirgenliği olan metamalzemelerin imali o kadar kolay değil ancak böyle bir lensin deneysel olarak gerçekleştirilmesi biraz daha zaman aldı. Gerçekten de, böyle bir malzeme doğal olarak bulunmamaktadır ve imali için gerekli metamalzemeler kolay olmamalıdır. Ayrıca, gösterilen parametrelerin malzeme son derece hassas (dizin gerekir eşit -1); küçük sapmalar yapmak bu enerjiyi kullanan çözünürlüğü alınamıyordu. Metamalzemelerin doğal rezonansından dolayı, süperlenslerin birçok (önerilen) uygulamaları, metamalzemeler çok dağılımlı olmasına bağlıdır. Malzeme parametrelerine bağlı süperlensler hassas doğası sınırlı kullanılabilir frekans aralığına sahip olmasına metamalzemelere dayalı süperlensler neden olur. Bu ilk teorik süperlens tasarımı yakın alanda dalga çürüme ve rekonstrüksiyon görüntüleri telafisi için bir metamalzeme oluşuyordu. Yayılan ve fani dalgalar görüntünün çözünürlüğüne katkıda bulunabilir.
Pendry, yaklaşık süperlens oluşturabilecek tek bir negatif parametreye sahip bir merceğin, çok küçük mesafeler de uygun kaynak polarizasyonunu sağlayabileceğini öne sürmüştür. Görünür ışığın frekansında bir negatif geçirgenlik ile üretilecek metamalzemeler zor olduğundan görünür ışık için bu yararlı bir alternatiftir. Negatif geçirgenliğe (ama negatif kırılma olmadan) sahip metaller daha sonra iyi bir alternatif olacaktır. Pendry operasyonun tahmin dalga boyunda nispeten düşük kayıplara sebep olması nedeniyle gümüş kullanılmasını önerdi (356 nm). 2003 yılında Pendry teorisi ilk olarak deneysel Parimi ve arkadaşları tarafından gösterilmiştir. RF / mikrodalga frekanslarında. 2005 yılında, iki bağımsız grup UV ışığı ile aydınlatılmış ince gümüş levhalar kullanarak her ikisi de dalga boyundan daha küçük nesnelerin "fotoğraflarını" çekerek, UV aralığında Pendry merceğini doğruladı. Görünür ışığın negatif kırılması deneysel olarak 2003 yılında bir yttrium ortovanadat (YVO4) kristali üzerinde doğrulandı.
Bu mikrodalgalar için basit bir süperlens tasarım paralel iletken tellerin bir dizi kullanabilirsiniz keşfedilmiştir. Bu yapı MR görüntülemesinde çözünürlüğü arttırmanın mümkün olduğunu göstermiştir.
2004 yılında, mikrodalga frekanslarında, negatif kırılma endeksli ilk süper merceğin kırınım sınırından üç kat daha iyi çözünürlük sağladığı gösterilmiştir. 2005 yılında, ilk yakın alan süperlens N. Fang et al. tarafından ortaya konmuştur, ancak objektif, negatif kırınıma itimat etmemiştir. Bunun yerine ince bir gümüş film yüzey plazmon akuplajının kaybolan modları geliştirmek için kullanılmıştır. hemen Hemen aynı zamanda Melville ve Blaikie ile başarılı bir yakın alan süperlens. Bağımsız geliştirme kuruluşları gelişmeleri yakından inceledi. Süperlens araştırmasında iki gelişme, 2008 yılında rapor edilmiştir. İkinci durumda, bir metamalzeme elektrokimyasal gözenekli alüminyum oksite batırılmış ve gümüş nanotelleri oluşturulmuştur. Malzeme negatif kırılma sergilemektedir.
Süperlens henüz görünür ya da yakın kızılötesi frekanslarda ortaya konmamıştır (Nielsen, R. B.; 2010). Ayrıca, dağıtıcı maddeler olarak, bu, tek bir dalga boyunda sınırlıdır. Önerilen çözümler arasında metal dielektrik kompozit (MDC) ve çok katmanlı lens yapıları vardır. Çok katmanlı süperlesler tek katmanlı süperlenslere göre daha ileri dalga boyuötesinde çözünürlüğe sahip olduğu düşünülmektedir. Kayıplar için çok katmanlı sistem de endişe daha az, ancak bugüne kadar bunun nedeninin impedans uyumsuzluğu olduğu denemeler sonucu gözlenmiştir.
Mükemmel (kusursuz) lensler
Dünya'ya bilinen lensler yoluyla bakıldığında, görüntünün netliği ışığın dalga boyu tarafından belirlenir. 2000 yılı civarında, negatif indeksli metamalzeme kullanılarak bir konvansiyonel (pozitif indeksli) dalga boyunun ötesinde yetenekler sahip bir lens yaratmak için teori oluşturuldu. Pendry negatif kırılma endeksli bir metamalzeme ince levhanın, mükemmel lensi elde etmek için ortak lensler ile ilgili bilinen spektrumu sorununun üstesinden gelebileceğini söyledi. Ayrıca üretilen ve anlık kaçan spektrumlara da odaklanabileceğini belirtti.
Gümüş bir levha metamalzeme olarak önerildi. Daha özel olarak, gümüş ince film bir metayüzey olarak kabul edilebilir. Işık (yayılırken) kaynağından uzaklaşırken, rastgele bir faz kazanır. İyi bir lens aracılığıyla faz sabit kalır ama fani dalgalar katlanarak bozulur. Düz Metamalzeme DNG levha olarak, normalde bozulan fani dalgalar güçlendirilmiş olur. Ayrıca, bu fani dalgaların güçlendirilmisi ile faz tersine çevrilir.
Bu nedenle, objektif tipi bir metal filmin, metamalzemeden oluşması önerilmiştir. Plazma frekansına yakın aydınlatma olduğunda, lens yakın alanda dalga bozulmasını ve rekonstrüksiyonu görüntüleri dengeler ve mükemmel çözünürlüklü görüntüleme için kullanılır olabilir. Buna ek olarak, yayılan ve fani dalgalar birlikte görüntü çözünürlüğüne katkıda bulunur.
Pendry, iki taraflı levhalar "Mükemmel görüntüleme" tamamen kayıpsız ise, empedans eşitliği sağlar ve kırılma indeksi olduğu -1 çevredeki ortama nisbetle daha iyidir. Teorik olarak bu, optik versiyonu genelinde nanometre kadar küçük nesneleri gideren bir atılım olacaktır. Pendry n = -1 bir kırılma indeksi ile çift negatif metamalzemeler (DNG), dalga boyu ile sınırlı olmayan bir "mükemmel lens" için çözünürlüğü görüntülemeye izin vereceğini, en azından prensipte, deneyde değil, malzeme kalitesi seçilebileceğini öne sürdü.
Mükemmel lens ile ilgili diğer çalışmalar
Daha fazla araştırma mükemmel merceğin arkasında Pendry teorisinin tam olarak doğru olmadığını gösterdi. Fani spektrumun odaklama analizi kusurlu oldu (denklem 13-21 referans ). Buna ek olarak, bu sadece bir (teorik) örneği için de geçerlidir ve bu kayıpsız olan bir belirli bir orta, olmayan dağılımlı ve kurucu parametreleri olarak tanımlanan:
E(3) e0 = μ(ohm) / μ0 = -1, teslim sonuçlarında bir negatif kırılma n = -1
Ancak, yayılan ve yiten dalgalar levha ve levha ötesinde başka bir yakınsama (odak noktası) içinde bir yakınsak odak noktası ile sonuçlanan odaklı bu teorinin son sezgisel sonucunun doğru olduğu ortaya çıktı.
DNG metamalzeme orta büyük bir olumsuz indeksine sahiptir ya da kayıplı veya dağıtıcı hale gelirse, Pendry mükemmel lensinin gerçekleştirilmesi mümkün değildir. Bunun bir sonucu olarak, mükemmel bir mercek etkisi, genel olarak yoktur. (2001) FDTD simülasyonlarına göre, DNG levha darbeli ışına darbeli silindirik dalga dönüştürücü gibi davranır. Ayrıca, araştırma ya da uygulamaya bağlı olarak, istenen veya istenmeyen ya da etkileri olabilen, dağıtıcı ve kayıplı gerçek bir DNG ortamı olmalı. Sonuç olarak, Pendry mükemmel mercek etkisi DNG orta olacak şekilde tasarlanmıştır ve herhangi bir metamalzeme ile erişilemez.
Başka bir analiz, 2002, dağılımsız DNG'yi kullanırken, mükemmel mercek kavramının hatalı olmasını gösterdi. Bu analiz matematiksel olarak yiten dalgaların inceliklerini, sonlu bir levha ve emilimi kısıtlama dağınık dalga alanlarının temel matematiksel özelliklerine aykırı tutarsızlıklara ve uyuşmazlıklara yol açtığını göstermiştir. Örneğin, bu analiz, dağılıma bağlı emmenin her zaman pratikte mevcut olduğunu ve emici ortam (DNG) içindeki bozulmanın amplifiye dalgalara dönüştürme eğiliminde olduğunu belirtti.
Bir üçüncü analiz Pendry mükemmel lens kavramı yayınlanan, 2003, kullanılan son gösteri negatif kırılma de mikrodalga frekansları olarak teyit canlılığı en temel kavram mükemmel bir lens. Buna ek olarak, düzlemsel DNG metamalzemenin bir noktaya kaynaktan uzak alan radyasyon yönlendirmesi deneysel kanıt olabileceği düşünüldü. Ancak, mükemmel mercek, negatif kırılma numunesinden daha fazla geçirgenlik, yüklenebilirlik ve mekansal periyodik değerler gerektirir.
Bu çalışma normal, klasik, kusurlu görüntüde ε = μ = -1 sonuçların katlanarak alçaldığı koşullardan herhangi bir sapma ve kırınım sınırı olduğunu kabul eder. Kayıplar olmadan mükemmel bir lens çözeltisi daha mümkün değildir ve çelişkili yorumlara yol açabilir.
Rezonant yüzeyin plazmon görüntüleme için amaçlanmamasına rağmen, bu fani dalgaların bozunmadan kurtarma için gerekli olduğu ortaya çıktı. Bu analiz, metamalzemelerin periyodik kaybolan bileşenlerinin tiplerine göre geri kazanımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu keşfedilmiştir. Buna ek olarak, dalga boyu ötesinde çözünürlüğü elde etmenin mevcut teknolojiler ile mümkün olduğu anlaşıldı. Negatif kırılma indisleri yapılandırılmış metamalzemeler ortaya konmuştur. Bu tür malzemeler, ayarlanabilir malzeme parametrelerine sahiptir ve bu nedenle en uygun koşulları elde etmek için tasarlanabilir. Kayıplar süper-iletken elemanlar kullanan yapılar ile en düşük seviyede tutulabilir. Ayrıca, alternatif yapılar da iki yüzlü levhaların kullanımı ile dalga ötesinde göz odaklama elde edebilirsiniz. Aynı zaman da böyle bir yapının varlığı üzerinde çalışılıyordu.
Manyetik teller ile yakın alan görüntüleme
Pendry teorik olarak objektifi hem yayılan dalgalar hem de yakın alan kaybolan dalgalar üzerine odaklanmak için tasarlanmıştır. Geçirgenlik "e" ve manyetik geçirgenlik "μ" bir dizinin kırılma "n" indeksini türetir. Kırılma indeksi ışığın bir malzemeden diğerine nasıl geçeceğini belirler. 2003 yılında, paralel tabakalar n = -1 malzeme ve n = 1 malzemelerle yapılmış bir metamalzemenin lens için daha etkin bir tasarım olacağı önerilmiştir. Bu çok tabakalı istifin yapılmış etkili bir orta çift kırınım ma sergiler, n2= , nx = 0. Etkin kırılma Endeksi sırasıyla dik ve paralel vardır.
İyi bir geleneksel lens gibi, z-ekseni silindirinin ekseni boyunca ilerlemelidir. Rezonans frekansı (w0) - neredeyse 21.3 MHz - üretilen silindir tarafından belirlenir. Sönümlenme katmanların doğasındaki direnci ve geçirgenlik kayıplı bölümü tarafından sağlanır.
Basitçe söylemek gerekirse, alan çizgileri levhanin iç yüzünden dış yüzüne aktarılır, böylece görüntü bilgileri her tabaka boyunca taşınır. Bu deneysel olarak gösterilmiştir. İki boyutlu görüntü performansını test etmek için, bir anten M harfi şeklinde anti-paralel tel çifti olarak üretildi. oluşturulan. Bu iki boyutlu görüntüleme için karakteristik örüntüsünü sağlayan bir manyetik akı hattı oluşturdu. Yatay yerleştirilmiş ve 21.5 MHz ayarlı 271 İsviçre rulo oluşan malzeme, bunun üzerine yerleştirildi. Malzeme gerçekten de manyetik alan için bir görüntü transfer cihazı olarak hareket etmez. Anten şekline sadık kalınarak yüzeyden dışarıya yenisi ile değiştirilmiştir.
Çok yakın (fani) alanının tutarlı bir özelliği elektrik ve manyetik alanların büyük ölçüde ayrışmasının olmasıdır. Bu geçirgenliği ile geçirgenlik ve manyetik alan ile elektrik alanın neredeyse bağımsız manipülasyonu için izin verir.
Ayrıca, bu yüksek ölçüde izotropik olmayan bir sistemdir. Bu nedenle, malzeme EM alanın enine (düşey) bileşenleri, bu boyuna bileşeni, KZ ayrılacağı dalga vektörü bileşenleri kx ve ky vardır. Bu yüzden, levhanın transfer giriş-çıkış yüzün malzemesi olmadan bozulma görüntü bilgileri transfer edilebilir.
Gümüş metamalzemeler kullanılan optik lens süper
2003 yılında, bir grup araştırmacı bir gümüş metamalzeme lensten görüntü geçerken optik fani dalgaların gelişmiş olduğunu gördü. Bu kırılma serbest lens olarak tanıtıldı. Yüksek çözünürlüklü olması amaçlanmamasına rağmen, görüntü fani alanın yenilenmesini deneysel olarak gösterildi.
2003 yılına gelindiğinde fani dalgaların ara yüzeyin yüzeyindeki uyarılmış durum tarafından geliştirilebileceği onlarca yıldır biliniyordu. Ancak, fani bileşenleri yenidenyüzey plazmonları kullanımı (yukarıdaki "Mükemmel lensi" bölümüne bakınız) Pendry en son önerisine kadar hiç çalışmamıştı. Farklı kalınlıkta filmler incelenerek hızla büyüyen iletim katsayısının, uygun koşullar altında meydana geldiği görülmüştür. Bu superlensing temelinin sağlam olduğuna doğrudan kanıt sağlar ve optik dalga boylarındaki superlensing gözlemi sağlayacak yolu önerdi.
2005 yılında, tutarlı, yüksek çözünürlüklü görüntü (2003 sonuçlarına göre) üretildi. İnce bir gümüş levha (35 mil), alt kırınım sınırlı görüntüleme, aydınlatma dalga boyunun altıda biri sonuçlanır, için en iyisiydi, hangi sonuçlar altıda bir aydınlatma dalga boyu. Bu tip bir lens yakın alanda dalga bozunması(çürümesi) ve rekonstrüksiyon görüntüleri telafi etmek için kullanıldı. Bir süperlens oluşturmak için önceki girişimler de çok kalın gümüş levhalar kullanıldı.
40 nm'ye kadar küçük nesneler görüntülendi. 2005 yılında optik mikroskopların görüntüleme çözünürlüğü limiti yaklaşık bir kırmızı kan hücresinin çapının oda biri kadar oldu. Gümüş süperlens ile bir kırmızı kan hücresinin yüzde biri çapında görüntüleme oldu.
Geleneksel lensler, ister insan yapımı isterse doğal olsun, bütün objelerin dalga boyunda yaydığı ve soğurduğu ışığı yakalayarak görüntü oluşturur. Dirsek (bükülme) açısı kırılma indeksi ile belirlenir ve her zaman yapay negatif indeks malzemelerin imalatı kadar olumlu olmuştur. Nesneler de nesnenin ayrıntılarını taşıyan ama kaybolan dalgalar yayarlar, fakat geleneksel optik ile elde edilemezler. Böyle fani dalgaların bozunumu katlanarak artak ve böylece görüntü çözünürlüğünün parçası asla olamadılar, optik bir eşik olarak bilinen kırınım sınırında. Kırınım sınırının aşılması ve fani dalgaların yakalanması bir nesnenin yüzde 100 mükemmel temsil yaratılması için kritik öneme sahiptir.
Buna ek olarak, geleneksel optik malzemeler bir kırınım sınırından muzdaripti çünkü sadece yayılan bileşenleri ışık kaynağından (optik malzeme ile) iletilir. Yayılan bileşenleri olmayan, kaybolan dalgalar, iletilmez. Ayrıca, kırılma indeksinin artması ve görüntü çözünürlüğü geliştirmek için lensler de yüksek indeks malzemelerin kullanım durumu ile sınırlıdır ve bir çalışma süperlenslerin potansiyeline göre elektron mikroskobunun dalga ötesi görüntüleme noktasının da sınırlamaları vardır. Taramalı elektron ve atomik kuvvet mikroskobu şu an için birkaç nanometreye kadar detay yakalamak için kullanılıyor. Ancak, bu tür mikroskoplar, genellikle cansız örneklerle sınırlıdır anlamına gelir ve görüntü yakalama süreleri birkaç dakika sürebilir. Taranan alana göre nesneler, tarayarak görüntüleri oluşturulur.
Mevcut optik mikroskoplar sayesinde, bilim adamları sadece hücre çekirdeği ve mitokondri gibi hücre içinde nispeten büyük yapıları görüntüleyebilmektedir. Araştırmacılar, bir süperlens ile bir gün hücrenin iskeletini oluşturan mikrotübül boyunca hareket eden proteinlerin hareketlerinin ortaya koyulabileceğini söylediler. Optik mikroskoplar tek bir anlık görüntü ile bütün bir çerçeveyi yakalayabilirler. Öte yandan bir süperlens ile biyologlar gerçek zamanlı hücre yapısı ve fonksiyonu anlayabilirler ve yaşayan malzemeleri nano ölçekli görüntüleme imkanı bulabilirler.
Avans manyetik kaplin içinde THz ve kızılötesi rejimi sağlanan gerçekleşmesi muhtemel bir yoğun yerleşim alanları içinde superlens. Ancak, yakın alan, elektrik ve manyetik yanıtları malzemeler iki katına çıkartmak. Bu nedenle, enine manyetik (TM) dalgalar, sadece geçirgenlik için gerekli olduğunu düşünüyor. Metaller, sonra Doğal haline seçimleri için superlensing çünkü negatif geçirgenlik kolay elde etti.
ince metal levha tasarlayarak yüzey akımı salınımlar (yüzey plazmonları) nesneden kaybolan dalgalar eşleşti, böylece süperlenslerin esas alan genliği geliştirmeleri mümkün oldu. Süperlensing, yüzey plazmonları tarafından yitip giden bu dalgaların geliştirme sonuçlarıdır.
Süper lensler için anahtar önemli ölçüde çok küçük ölçeklerde bilgi taşıyan fani dalgaları artırmak ve iyileştirmek için yeteneğin olmasıdır. Bu da sapma sınırının ilerisinde görüntülemeyi mümkün kılar. Hiçbir objektif, tam anlamıyla bir nesne tarafından yayılan tüm kaybolan dalgaları henüz yakalayamamaktadır, yani yüzde 100 mükemmel görüntü hedefi devam edecektir. Ancak, birçok bilim adamı gerçekte bir mükemmel objektifin mümkün olmadığına inanmaktadır, çünkü dalgalar bilinen herhangi bir malzemenin içinden geçerken her zaman bir miktar enerji kaybeder. Buna karşılık, süper merceğin görüntüsü gümüş olmayan süper lense göre ciddi anlamda daha iyidir.
50-nm düz Gümüş levha
Şubat 2004'te, negatif endeksli bir metamalzeme plaka, bir elektromanyetik radyasyon odaklama sistemine dayalı mikrodalga alanında dalga ötesinde görüntülemeyi başardı. Bu ışığın dalga boyundan daha çok daha düşük dalga boylarında ayrı görüntüler elde etmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Ayrıca, 2004'te, bir gümüş katı mikrometre altına yakın alan görüntüleme için kullanılmıştır. Süper yüksek çözünürlük elde edilememişti, ama bu amaçlanmıştır. Gümüş tabaka fani alan bileşenlerinde önemli geliştirmelere izin veremeyecek kadar kalındı.
2005'in başlarında, özellik çözünürlüğü farklı bir gümüş tabaka ile sağlandı. Bu bir gerçek görüntü değildi ancak amaçları doğrultusunda büyük bir adımdı. 250 nm küçüklükte yoğun özellik çözünürlüğü cıvalı lambadan gelen 50 nm kalınlığında bir fotorezist kullanılarak aydınlatma sonucu üretildi. Simülasyonlar (FDTD) kullanarak, çalışma çözünürlüğün de gelişmeler oldukça yakın alan görüntülemesinde başka bir yöntemin daha olduğunu ve gümüş lensler sayesinde görüntüleme için beklenenin olabileceğini kaydetti.
Önceden yapılmış araştırma üzerinde inşa edilen, süper çözünürlüklü 50 nm düz gümüş katman kullanılarak optik frekanslarda bu elde edildi. Kırınım sınırının ötesinde bir görüntü çözme yeteneği, uzak-alan görüntüleme için, süperçözünürlük olarak tanımlanır.
Görüntü kalitesi çok önceki deneysel mercek yığının önceki sonuçlarına göre önemli derecede artırıldı. Submikrometre özellikli görüntüleme büyük ölçüde ince gümüş yüzey pürüzlülüğü azaltılmış levhalar ve ara katmanlar kullanılarak geliştirilmiştir. Gümüş lens görüntüleme yeteneği, nihai çözünürlük testi olarak kullanılmıştır. Resme geleneksel (uzak alan) lensin yeteneği periyodik bir nesne için somut bir sınırı olmadığından - bu durumda görüntü bir kırınım ızgarası olduğunu. Normal sıklığı aydınlatma kırılma indeksi n olan bir ortam ile dalga boyu l ile çözülebilir asgari uzamsal dönem λ / n. Sıfır kontrast nedeni ile olursa olsun görüntüleme olabileceğini karşı ne kadar iyi bu sınırın altında herhangi (konvansiyonel) uzak alan görüntüde beklenir
(Süper) objektif yığını için çözünürlük 243 nm kırınım sınırı sonucu ile sonuçlanır. Izgaralar ile dönemlere ait 500 nm aşağı 170 nm olan yansıması, derinliği modülasyon direnişçiler azaltılması gibi ızgara süresini kısaltır. Tüm ızgaralar ile dönemleri yukarıdaki kırınım sınırı (243 nm) en iyi şekilde çözülmüştür. Bu deneyin temel sonuçları 200 nm ve 170 nm dönemler için alt kırınım sınırın da süper görüntüleme vardır. Her iki durumda da ızgaralar kontrast azalır olsa bile çözüldü ve bu Pendry'in superlensing önerisine deneysel olarak onay verir.
Daha fazla bilgi için bkz: Fresnel sayısı ve Fresnel kırınımı
Olumsuz dizin GRİN lensler
Gradient Endeksi (GRIN) - geliştirilmiş GRIN lens tasarımı metamalzemelerin mevcut malzeme tepki aralığıdır. Bir metamalzeme geçirgenliği ve kırınımı bağımsız olarak ayarlanabilir çünkü özellikle metamalzeme GRIN lensler de muhtemelen daha iyi boş alan eşleştirmesi mümkündür. GRIN lens, yayılım z yönüne dikey y yönünde kırılma değişken indeksi ile NIM bir levha ile oluşturulmuştur.
Uzak-alan süperlensler
2005 yılında, bir grup düzgün tasarlanmış ve periyodik oluklu, metal levha tabanlı bir süperlensi, uzak alan süperlens (FSL) olarak adlandırılan yeni bir cihaz kullanarak yakın alan sınırlamasını aşmak için teorik bir yol önerdi.
Görüntüleme deneysel yakın alan deneylerinden sonra bir sonraki adım atmış, uzak alanda gösterilmiştir. Geleneksel süperlens ve nano coupler oluşan bir uzak alan süperlens (FSL) için kilit unsur olarak adlandırılır.
Uzak alan zaman çevrimi ile kırınım sınırının ötesine odaklanma
Bir yaklaşım mikrodalga enerjiyi kullanan odak noktası yakınındaki alana yerleştirilen scatterers her zaman uzak alan, ters ayna ve rastgele bir dağıtım kullanarak odaklama için gösterilir.
Aşırı lens
Yakın alan görüntüleme için yeteneği gösterildikten sonra, bir sonraki adım uzak alana yakın bir alan görüntüsü proje oldu. Bu kavram, teknik ve malzeme dahil olmak üzere, "hyperlens" olarak isimlendirildi.
Mayıs 2012, bir ultraviyole (1200-1400 KHz) HyperLens bor nitrür ve grafen alternatif katmanları kullanılarak oluşturuldu.
Alt kırınım sınırlı görüntüleme için metamalzeme HyperLens kabiliyeti aşağıda gösterilmiştir.
Uzak alan da kırınım ötesi görüntüleme
Geleneksel optik lens ile, fani dalgaların eksiksiz vardığı çok uzak mesafelerin sınırı uzak alandır. Ne zaman bir nesne görüntülense, bu alan ışığın dalga boyu mertebesideki lenslerin optik çözünürlüğü sınırlar. Yayılmayan bu dalgalar yüksek uzaysal çözünürlüğün ayrıntılı bilgilerini taşırlar ve bu limitlerin üstesinden gelirler. Bu nedenle, görüntü ayrıntılarını projelendirme fani dalgaların kurtarılmasını gerektirir. Normalde uzak alanın içine doğru kırınım tarafından kısıtlanır.
Özünde bu adımlar hiperbolik dağılımlı anizotropik(eş yönsüz) metamalzemenin araştırılmasına ve ispatına izin verdi. Bunun etkisi sıradan kaybolan dalgaların tabakalı metamalzeme de radyal yönde yayılmasına zemin oldu. Mikroskobik düzeyde bakıldığın da büyük mekansal (ya da uzaysal) frekans dalgaları metal katmanlar arasında bağlanan yüzey plazmonlarını uyararak yayılmaya teşvik etti.
2007 yılında, böyle birizotropik olmayan metamalzeme bir büyüteç optik hiper lens olarak üretildi. Hiper lens kavisli yarım silindir şeklindeki boşluğu üzerinde biriken (35 nanometre kalınlığında) ince gümüş ve alüminyum oksit, periyodik yığın oluşturur ve kuartz alt katman üzerinde üretilmiştir. Radyal ve teğetsel geçirgenlik farklı işaretlere sahiptir.
Elektromanyetik radyasyon üzerine, anizotropik cisimden saçılan fani alan girer ve radyal yönde ilerler. Metamalzemenin başka bir etkisiyle birleştirildiğinde, dış kırınım sınırın da büyütülen resim, hyperlensin sınırını oluşturur. Büyüteç özelliği (ötesinde) kırınım sınırından daha büyük olduğunda, geleneksel optik mikroskop ile görüntüleme olabilir, böylece gösteren büyütme ve projeksiyon alt kırınım-sınırlı uzak alan görüntü içine girebilir.
HyperLens uzak alana bir uzamsal çözünürlük, yüksek çözünürlüklü görüntüyü yansıtırken, izotropik olmayan ortamda ilerleyen dalgaları içine dağılmış kaybolan dalgalara dönüştürerek nesneyi büyütür. Geleneksel bir optik lens ile eşleştirilmiş metamalzeme tabanlı bu tip bir lens, sıradan bir optik mikroskop ile ayırt edilemeyecek kadar küçük bir görüntü ortaya çıkarabilme yeteneğine sahiptir. Bir deneyde, bu mercek 150 nanometre ayrılmış, 35-nanometrelik iki hattı birbirinden ayırması mümkün olmuştur. Metamalzemeler olmadan, mikroskop tek bir kalın çizgi gösterdi.
Bir kontrol deneyin de, hat çifti nesne herhangi bir HyperLens olmadan görüntülendi. Hat çifti çözülemedi çünkü bu kırınım sınırı (optik) diyafram 260 nm ile sınırlı. HyperLens dalga vektörleri çok geniş bir spektrumu yayma desteğine sahip olduğu için, alt kırınım sınırlı çözünürlüğe sahip keyfi nesneleri büyütebilir.
Bu çalışma, sadece silindirik hiperlens ile sınırlı gibi görünmektedir, ancak bir sonraki adım için bir küresel lens tasarımıdır. Bu lens üç boyutlu yeteneğe sahip olacak. Yakın-alan optik mikroskopu bir nesneyi taramak için bir ipucu olarak kullanır. Bunun aksine, Bu optik hiper lens alt kırınım-sınırlı bir görüntüyü büyütür. Bu büyütülmüş alt kırınım görüntü, uzak alana yansıtılır.
Gerçek zamanlı biyomoleküler görüntüleme ve nanolitografi gibi optik hiper lens uygulamaları için kayda değer bir potansiyeli göstermektedir. Böyle bir lens gözlemlenmesi mümkün olmayan hücresel süreçleri izlemek için kullanılacaktır. Bunun aksine, fotolitografik bir ilk adım, bilgisayar çipleri yapmak için kullanılan bir yöntem gibi fotorezist üzerine çok ince özelliklere sahip bir görüntü yansıtmak için kullanılabilir. Bu hyperlens DVD teknolojisi için de uygulamalara sahiptir.
2010 yılında görünür frekanslarda iki boyutlu görüntüleme için küresel HyperLens deneysel olarak gösterilmiştir. Gümüş ve titanyum oksit alternatif katmanlarına dayalı küresel HyperLens, görünür spektrum ile süper çözünürlük sağlayan güçlü anizotropik hiperbolik dağılıma sahiptir. Çözünürlüğü görünür spektrumda 160 nm. Bu biyolojik görüntüleme, hücre ve DNA gibi,, için uzak alan içine çözümleme yapabilen güçlü lenslere imkan sağlamıştır.
Plazmon destekli mikroskopi
Bakın Yakın alan tarama optik mikroskop.
Görünür frekans aralığında süper görüntüleme
2007 yılında araştırmacılar, negatif kırılma indeksi oluşturmak ve merceklenme görünür aralığında malzemeler kullanılarak süper görüntülemenin olduğunu gösterdi.
optik mikroskop alanındaki sürekli iyileştirmeler nanoteknolojik ve mikrobiyolojik ilerlemelere yetişmek için ihtiyaç vardır. Uzaysal çözünürlük Ilerleyişin anahtarıdır. Geleneksel bir optik mikroskop 200 nanometre (dalga boyu) mertebesinde bulunan bir kırılma sınırı ile sınırlandırılmıştır. Virüsler, proteinler, DNA molekülleri ve birçok diğer numunelerin normal (optik) mikroskopla gözlemlemenin mümkün olduğu anlamına gelir. Daha önce negatif kırılma indeksli ile gösterilen lens, ince, düzlemsel HyperLens, geleneksel mikroskopların kırınım sınırının ötesinde büyütme sağlamamıştır. Bu nedenle, geleneksel kırınım sınırından daha küçük resimler hala kullanılamaz.
Görünür dalga boyunda süper çözünürlük elde etmek için bir başka yaklaşım ise, son zamanlarda gümüş ve titanyum oksit alternatif katmanlarına dayalı küresel HyperLens geliştirmektir. Bu yayılan dalgaların içine kaybolan dalgaların dönüştürmesi ile süper çözünürlük sağlayan güçlü anizotropik hiperbolik dağılım vardır. Bu yöntem görüntü ve bilgilerin herhangi bir yenileme bilgi olmadan gerçek zamanlı görüntüleme ile sonuçlanan floresan bazlı olmayan süper çözünürlüklü görüntülemedir.
Mikroskopik teknikler ile süper uzak alan çözünürlüğü
2008 yılına kadar kırınım sınırı aştı ve 20 ila 50 nm yanal görüntüleme çözünürlükleri uyarılmış emisyon tükenmesi (STED) ve ilgili RESOLFT (geri dönüşümlü doyurulabilir optik lineer floresan dahil olmak üzere birçok "süper çözünürlük" uzak alan mikroskopi teknikleri ile elde edilmiştir geçişler) mikroskopi; Doymuş yapılandırılmış aydınlatma mikroskobu (SSIM); Stokastik optik rekonstrüksiyon mikroskobu (STORM); photoactivated yerelleştirme mikroskobu (PALM); ve diğer yöntemler benzer ilkeleri kullanarak.
Koordinat dönüşümü kullanarak silindirik süperlensler
Pendry tarafından 2003 yılında bir öneri ile başladı. Görüntüyü büyütmek negatif sapmalı yüzeyi kavisli olan yeni bir lens tasarımı konsepti gerektirir. Bir silindir başka silindire dokunur, büyütülmüş küçük silindirin içerikleri yeniden kavisli silindirik bir mercek olarak ortaya çıkar ama dıştaki büyük silindirin formu bozulmaz. Koordinat dönüşümleri silindirik mercek yapısına özgün mükemmel eğri objektifi gerektirir.
Bunu, 2005 yılında silindirik süperlenslerin yarı statik rejimde çalıştığının 36 sayfalık kavramsal ve matematiksel kanıtı izledi. silindirik superlens works statik benzeri rejim. Mükemmel lens üzerine tartışmalar ilk olarak tartışılmaktadır.
2007 yılında, koordinat dönüşümü kullanan bir süperlens tekrar konu oldu. Ancak, Görüntü aktarımının yanı sıra diğer yararlı operasyonlar ele alındı; süpermercek etkisinin yanı sıra çevirme, döndürme yansıtma ve ters çevirme. Ayrıca,
büyütme gerçekleştiren elemanları (dalga kılavuzu) kaynak boş alanı kullanarak, geometrik sapmaları hem giriş hem de çıkış tarafında ortadan kaldırdı. Bu büyüteç elemanları da faaliyet gösterdikleri yakın ve uzak alan da, görüntüyü yakın alandan uzak alana aktrmışlardır.
Silindirik büyüteç süperlens deneysel olarak 2007 yılında iki grup, Liu et al ve Smolyaninov et al tarafından gösterilmiştir.
Metamalzemeler ile Nano-optik
Nanohole dizi gibi bir lens
2007 yılında nano delikler bir yarı-periyodik diziler, bir metal ekranında, dalga ötesi noktalar oluşturmak için bir düzlemsel dalganın optik enerjisini odaklamanın mümkün olduğunu gösterdi(sıcak noktalar). Noktalar için mesafe, dizinin diğer tarafında bir dalga boyu birkaç on katı oldu ya da başka bir deyişle, karşı tarafın olay düzlem dalgasının tersi. Nano delikler quasi-periyodik dizileri hafif ışık konsantratörü (yoğunlaştırıcı) olarak görev yaptı.
Haziran 2008'de, bir metal ekranda Kuazi Kristal nano delikler bir dizinin gösterdiği yeteneği izledi. Fazla konsantre sıcak noktalar, bir görüntünün nokta kaynağı olduğu gösterilen birkaç dalga boyu dizisi, diğer tarafta gösterir (yüzeyden görüntü). Ayrıca bu tür dizi sergilenen 1'e 1 doğrusal yer değiştirme, konum nokta kaynağı ile ilgili, paralel, konum görüntüyü yüzeyi. Diğer bir deyişle, x ve y için x + δx. Örneğin, diğer nokta kaynakları aynı şekilde yerinden gelen x' x' + δx, x^ x^ + δx^ ve x^^ x^^ + δx^^ ve benzeri. Işık yoğunlaştırıcısı yerine işlem gören bu geleneksel lens görüntülemesi ile 1-1 yazışma da bir işaret kaynağı görüntüledi.
Ancak, çözünürlüğü daha karmaşık olan yapıların çözünürlüğü çoklu nokta kaynaklarının yapısı olarak elde edilebilir. Normalde, geleneksel lensler yüksek sayısal deliklerin ince detaylarını ve daha parlak görüntülerini güvenilir bir şekilde üretilebilir. Ancak geleneksel optiğin eldeki görev için uygun olmadığı durumlarda bu teknoloji için dikkate değer uygulamalar ortaya çıkar. Örneğin, bu teknoloji X-ray görüntüleme, ya da nano-optik devreler, vb. uygulamar için daha elverişli.
Nanolesler
2010 yılında, bir prototip nano-tel dizisi, anlatıldığı gibi bir üç boyutlu (3D) yoğun yerleşim alanları içinde, nanolens oluşan toplu nanotellerden yatırılan bir dielektrik tabaka üretildi ve test edildi.
Metamalzeme nanolensler, çapı 20 nanometre olan nanotellerin milyonlarcası ile inşa edilmiştir. Bunlar hassas şekilde tam uyumlu hale getirilmiş ve bir paket yapılandırması uygulanmıştır. Lens nano-boyutlu nesnelerin net ve yüksek çözünürlüklü görüntüsünü tasvir edebilir çünkü resmi oluşturmak için, normal yayılan EM radyasyon ve fani dalgaları bir arada kullanır. Süper çözünürlüklü görüntüleme, en azından λ / '4 çözünürlüğe sahip uzak alanda, 6 kat dalga boyu (λ) mesafe boyunca gösterildi. Bu aşağıda ele alınan nano delik dizileri dahil olmak üzere önceki araştırmalar, diğer yakın alanda gösterim ve uzak alan görüntüleme üzerine önemli bir gelişmedir.
Delikli metal filmlerin ışık iletim özellikleri
2009-2012. Işık iletim özelliği olan delikli metal filmlerde metamalzeme sınırı, birim uzunluk periyodik yapıların çok daha fazla çalışma dalga boyusa sahip olduğu teorik olarak analiz edildi.
Bir dalga ötesi delikten görüntü taşınması
Teorik olarak dalga boyun ötesinde ayrıntıları kaybetmeden, görüntü çapından önemli ölçüde daha küçük bir çapa sahip bir küçük dalga boyu ötesinde delikten kompleks elektromanyetik görüntü taşıma mümkün görünmektedir.
Nanoparçacık görüntüleme kuantum noktaları
Canlı bir hücrenin karmaşık süreçleri incelenirken (değişiklik) önemli işlemleri veya detayları gözden kaçırmak çok kolaydır. Bu, uzun zaman alan değişimleri ortaya çıkarırken ve yüksek alan çözünürlüğünün gerekli olduğu zamanlarda daha kolay meydana gelebilir. Ancak, son araştırmalar, potansiyel moleküler ölçekli olayların bu küçük organizmalarda meydana gelen ilişkili gizemlerini çözmek, hücre içinde saatlerce hatta günlerce meydana gelen faaliyetlerini denetlemek için bir çözüm sunuyor.
Ortak bir araştırma ekibi, (MAKİNE) Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü ve Alerji Ulusal Enstitüsü (NIAID) bulaşıcı hastalıklar üzerine çalışan, bu yavaş işlemleri ortaya çıkarmak için, hücresel bir iç aydınlatmada nano-tanecikleri kullanan bir yöntem keşfetmiştir. Nano-partiküller, bir hücreden binlerce kez daha küçük, çeşitli uygulamalara sahiptir. Nanopartiküllerin bir uygulama alanı ışığa maruz kaldığında kuantum nokta kızıllaşmaları olarak adlandırılır. Bu yarı iletken parçacıklar, bilimin incelemek istediği bir hücrenin parçası içinde spesifik proteinleri çekilebilir, uygun organik malzemeler ile kaplanabilir.
Özellikle, kuantum noktaları önceden hücrelerin içini aydınlatmak için kullanılan pek çok organik boya ve floresan proteininden daha uzun ömürlü. Elektron mikroskobu gibi en yüksek çözünürlüklü teknikleri, tek bir anda donmuş hücresel süreçlerin görüntüleri sağlarken aynı zamanda hücresel süreçlerindeki değişiklikleri izleme avantajı saplar. Proteinlerin dinamik hareketlerini içeren hücresel süreçler kuantum noktaları kullanılarak gözlemlenebilir.
Bu araştırma, diğer görüntüleme tekniklerinin aksine, öncelikle kuantum nokta özelliklerin belirlenmesinin üzerinde durdu. Bir örnekte, kuantum noktaları, hücrenin dış zarında bulunan bir ağ yapısının bir parçasını oluşturan insan kırmızı kan hücre proteininin belirli bir türünü hedeflemek için tasarlanmıştır. Bu proteinler, sağlıklı bir hücrede bir araya gelip, ağ hücre mekanik esneklik sağlar böylece dar kılcal damarların ve diğer dar alanlarda sıkışma olabilir. Ancak sıtma paraziti hücreye bulaştığında, ağ proteinin yapısı değişir.
kümelenme mekanizması iyi anlaşılmadığı için, kuantum noktaları ile incelemeye karar verildi. Eğer kümelemeyi görselleştirmek için bir teknik geliştirilmiş olsaydı, o zaman birkaç farklı gelişimsel evresi olan bir sıtma enfeksiyonu anlaşılabilirdi.
Araştırma çabaları membran proteinlerinin demet kadar olduğu gibi, bunlara bağlı kuantum noktaları proteinlerin kümelenmeleri ilerledikçe gerçek zamanlı gözleme izin verdiğini, kendilerini küme ve daha parlamaya uyarılan olduğunu ortaya koydu. Daha geniş anlamda, araştırma kuantum noktalarının diğer nanomalzemeler kendilerine eklendiğinde, nokta optik özellikleri her durumda benzersiz şekillerde değişiklik gösterdiğini keşfetti. Ayrıca, kanıtlar kuantum nokta optik özelliklerinin hücrelerin içinde yerel biyokimyasal ortamı algılamak için kuantum noktaları kullanarak daha fazla olanak sunan, nano ölçekli çevre değişiklikleri gibi değişmiş olduğunu ortaya çıkardı.
Bazı endişeler toksitlik ve diğer özellikleri üzerinde kalır. Ancak, genel bulgular kuantum noktalarının dinamik hücresel süreçleri araştırmak için değerli bir araç olabileceğini göstermektedir.
Araştırma ile ilgili yayınlanan kağıtlarda (bir bölümü) : Sonuçlar farklı kimyasal ve fiziksel ortamlarda bioconjugated nanokristalleri veya (QDs) kuantum nokta dinamik floresan özellikleri ile ilgili sunulan. Çeşitli sınavı soruları örnekleri hazırlanan ve karşılaştırıldığında: izole tek tek QDs, sınavı soruları toplamalar ve QDs progesteron diğer nano malzemeler...
Bu madde kamu malı malzeme web siteleri ya da Ulusal Enstitüsü Standartlar ve Teknoloji belgeleri içeriyor.