I metamateriali iperbolici sono strutture artificiali che possono essere formate depositando strati sottili alternati di un conduttore come argento o grafene su un substrato. Una delle loro abilità speciali è supportare la propagazione di un raggio di luce molto stretto, che può essere generato posizionando una nanoparticella sulla sua superficie superiore e illuminandola con un raggio laser.
È estremamente difficile realizzare in pratica immagini a lunghezza d'onda di oggetti sconosciuti e arbitrari, ma come riportano i ricercatori dell'Università del Michigan e della Purdue University in Fotonica APL , non è sempre necessario ottenere un'immagine completa quando si sa già qualcosa di quell'oggetto.
"Un esempio familiare della vita quotidiana è l'impronta digitale, " disse Theodore B. Norris, presso l'Università del Michigan. "Un sistema di riconoscimento delle impronte digitali non ha bisogno di ottenere un'immagine completa ad alta risoluzione dell'impronta digitale, deve solo riconoscerla." Così Evgenii E. Narimanov, uno dei coautori, cominciò a pensare se gli oggetti su scala nanometrica potessero essere identificati senza la necessità di ottenere immagini complete.
La direzione di propagazione del raggio all'interno di un metamateriale iperbolico dipende dalla lunghezza d'onda della luce. Scorrendo la lunghezza d'onda della luce incidente, il raggio stretto esplorerà il metamateriale iperbolico inferiore e la sua interfaccia aerea. Se i nano-oggetti sono posizionati vicino all'interfaccia inferiore, disperdono la luce; questa dispersione è più forte quando il raggio stretto è diretto verso di loro.
"Possiamo misurare la potenza della luce diffusa utilizzando un fotorilevatore e tracciare la potenza della luce diffusa rispetto alla lunghezza d'onda della luce incidente, " disse Zhengyu Huang, uno studente laureato presso l'Università del Michigan. "Una tale trama codifica le informazioni spaziali sui nano-oggetti attraverso la lunghezza d'onda del picco di dispersione nella trama e codifica le loro informazioni materiali attraverso l'altezza del picco".
La trama funge da "impronta digitale, " che consente ai ricercatori di determinare la distanza di un nanooggetto inferiore da rilevare rispetto alla nanoparticella superiore, così come la separazione tra due nano-oggetti, e la loro composizione materiale.
L'accesso al mondo su scala nanometrica tramite l'ottica è stata una delle frontiere dell'ottica più vigorosamente perseguite negli ultimi dieci anni. "Il microscopio tradizionale è limitato nella risoluzione dalla lunghezza d'onda della luce, " disse Huang. "E, utilizzando un microscopio convenzionale, la caratteristica più piccola che si può risolvere è di circa 250 nanometri per la luce visibile, nota anche come limite di Abbe".
Andare oltre questo limite e risolvere le funzionalità più piccole richiederà alcune tecnologie avanzate. "La maggior parte sono metodi di imaging, con immagini contenenti gli oggetti di interesse come misura, " ha spiegato Huang. "Ma invece di seguire l'approccio di imaging, il nostro lavoro dimostra un nuovo percorso per ottenere informazioni spaziali e materiali sul mondo microscopico attraverso il processo di "impronta digitale"." può risolvere due oggetti che distano solo 20 nanometri l'uno dall'altro, ben oltre il limite di Abbe.
"Il nostro lavoro potrebbe potenzialmente trovare applicazioni nella misurazione biomolecolare, " Huang ha detto. "Le persone sono interessate a determinare la distanza tra due biomolecole con separazione su scala nanometrica, Per esempio, che può essere utilizzato per studiare l'interazione tra proteine. E il nostro metodo può essere utilizzato anche per il monitoraggio dei prodotti industriali per determinare se le parti nanostrutturate sono state prodotte secondo le specifiche".
