雙曲超材料是一種人工制造的結(jié)構(gòu)，可以通過在基體上沉積交替薄層的導(dǎo)體(如銀或石墨烯)而形成。它們的一種特殊能力是支持一束非常窄的光束傳播，這種光束可以通過在其表面放置納米顆粒并用激光束照射來產(chǎn)生。

在實踐中實現(xiàn)未知和任意對象的亞波長圖像是極具挑戰(zhàn)性，但是正如密歇根大學(xué)和普渡大學(xué)的研究人員在APL光子學(xué)期刊上所報道的那樣，在已知該對象的某些信息時，并不總是需要獲得完整的圖像。密歇根大學(xué)的西奧多·b·諾里斯(Theodore B. Norris)說：我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊粋€例子就是指紋。

指紋識別系統(tǒng)不需要獲得完整的高分辨率指紋圖像，只需要識別它。因此，合著者之一的Evgenii E. Narimanov開始思考，是否可以在不需要獲得完整圖像的情況下識別納米尺度級別的物體？雙曲超材料中光束傳播方向取決于光的波長。通過掃過入射光的波長，窄光束將掃描底部雙曲超材料及其空氣界面。如果納米物體被放置在底部界面附近，它們就會散射光線;當(dāng)窄波束指向它們時，這種散射最強。密歇根大學(xué)(University of Michigan)研究生黃正宇(音譯)表示：我們可以使用光電探測器測量散射光功率，并繪制出散射光功率與入射光波長的關(guān)系圖。

這種圖形通過圖形中散射峰的波長編碼關(guān)于納米物體的空間信息，并通過峰值高度編碼它們的物質(zhì)信息。這張圖就像一個“指紋”，讓研究人員能夠確定底部納米物體相對于頂部納米粒子的距離，以及兩個納米物體之間的分離和物質(zhì)組成。在過去的十年中，通過光學(xué)技術(shù)進入納米級世界一直是光學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)顯微鏡的分辨率受到光波長限制，使用傳統(tǒng)的顯微鏡，我們能分辨出的最小特征是可見光的250納米左右，這也被稱為Abbe極限。

超越這一限制并解決較小的特性將需要一些高級技術(shù)，大多數(shù)都是成像方法，用包含感興趣的物體的圖像作為測量。但研究工作并沒有遵循成像方法，而是展示了一種通過‘指紋’過程獲取微觀世界空間和物質(zhì)信息的新途徑。值得注意的是，它可以分辨兩個相距僅20納米的物體——遠遠超過阿貝極限。研究可能會在生物分子測量中找到潛在的應(yīng)用，人們感興趣的是通過納米尺度分離來確定兩個生物分子之間的距離，例如，這可以用來研究蛋白質(zhì)之間的相互作用。該方法也可以用于工業(yè)產(chǎn)品監(jiān)測，以確定納米結(jié)構(gòu)零件是否按規(guī)格生產(chǎn)。

阿貝極限-參考百科：19世紀(jì)末德國物理學(xué)家恩斯特·阿貝指出：光學(xué)顯微鏡分辨率的極限，大約是可見光波長的一半?？梢姽庵胁ㄩL最短的是藍紫光，其波長在0.4微米左右。因此，如果兩點之間的距離小于0.2微米，我們將無法分辨出這是兩個點。這就是通常所說的“阿貝極限”。阿貝極限使我們無法更加深入地了解微觀世界，例如病毒的直徑通常就在0.02~0.3微米，無法用已有的光學(xué)顯微鏡觀察清楚。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?美國物理學(xué)會

參考期刊文獻:《APL Photonics》

DOI: 10.1063/1.5079736

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