Hyperbolische metamaterialen zijn kunstmatig gemaakte structuren die kunnen worden gevormd door afwisselend dunne lagen van een geleider zoals zilver of grafeen op een substraat af te zetten. Een van hun speciale vaardigheden is het ondersteunen van de voortplanting van een zeer smalle lichtstraal, die kan worden gegenereerd door een nanodeeltje op het bovenoppervlak te plaatsen en het te verlichten met een laserstraal.

Het is buitengewoon uitdagend om in de praktijk subgolflengtebeelden van onbekende en willekeurige objecten te realiseren, maar zoals onderzoekers van de Universiteit van Michigan en Purdue University rapporteren in: APL Fotonica , het is niet altijd nodig om een ​​volledig beeld te krijgen als er al iets over dat object bekend is.

"Een bekend voorbeeld uit het dagelijks leven is de vingerafdruk, " zei Theodore B. Norris, aan de Universiteit van Michigan. "Een vingerafdrukherkenningssysteem hoeft geen volledig beeld met hoge resolutie van de vingerafdruk te krijgen, het hoeft het alleen maar te herkennen." Dus Evgenii E. Narimanov, een van de co-auteurs, begon na te denken over de vraag of objecten op nanometerschaal konden worden geïdentificeerd zonder de noodzaak om volledige afbeeldingen te verkrijgen.

De voortplantingsrichting van de bundel in een hyperbolisch metamateriaal hangt af van de golflengte van het licht. Door de golflengte van het invallende licht te vegen, de smalle bundel scant over het onderste hyperbolische metamateriaal en zijn luchtinterface. Als nano-objecten in de buurt van de onderste interface worden geplaatst, ze verspreiden licht; deze verstrooiing is het sterkst wanneer de smalle bundel erop gericht is.

"We kunnen het verstrooide lichtvermogen meten met behulp van een fotodetector en het verstrooide lichtvermogen uitzetten tegen de golflengte van het invallende licht, " zei Zhengyu Huang, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Michigan. "Zo'n plot codeert ruimtelijke informatie over de nano-objecten door de golflengte van de verstrooiingspiek in de plot en codeert hun materiële informatie door de hoogte van de piek."

De plot dient als een "vingerafdruk, " waarmee de onderzoekers de afstand kunnen bepalen van een nano-object aan de onderkant dat moet worden waargenomen ten opzichte van het bovenste nanodeeltje, evenals de scheiding tussen twee nano-objecten, en hun materiële samenstelling.

Toegang krijgen tot de wereld op nanoschaal via optica is het afgelopen decennium een ​​van de meest krachtig nagestreefde grenzen in de optica geweest. "De traditionele microscoop is in resolutie beperkt door de golflengte van licht, "zei Huang. "En, met behulp van een conventionele microscoop, het kleinste kenmerk dat je kunt oplossen, is ongeveer 250 nanometer voor zichtbaar licht - ook bekend als de Abbe-limiet."

Om deze limiet te overschrijden en kleinere functies op te lossen, zijn enkele geavanceerde technologieën vereist. "De meeste zijn beeldvormingsmethoden, met afbeeldingen met de objecten van belang als de meting, " legde Huang uit. "Maar in plaats van de beeldvormingsbenadering te volgen, ons werk demonstreert een nieuwe route om ruimtelijke en materiële informatie over de microscopische wereld te verkrijgen via het 'vingerafdrukproces'." het kan twee objecten oplossen die slechts 20 nanometer van elkaar verwijderd zijn - ruim boven de Abbe-limiet.

"Ons werk zou mogelijk toepassingen kunnen vinden in biomoleculaire metingen, Huang zei. "Mensen zijn geïnteresseerd in het bepalen van de afstand tussen twee biomoleculen met scheiding op nanoschaal, bijvoorbeeld, waarmee de interactie tussen eiwitten kan worden bestudeerd. En onze methode kan ook worden gebruikt voor industriële productmonitoring om te bepalen of nanogestructureerde onderdelen volgens specificatie zijn vervaardigd."