Superlins spränger diffraktionsgränsen

Enda sedan Ernst Abbe arbetade med Carl Zeiss mikrokoptillverkning har man vetat att det minsta avstånd mellan två föremål man kan upplösa är begränsat av diffraktionen till ungefär halva våglängden hos ljuset som man använder för att belysa objekten.

De senaste åren har man kommit på listiga sätt att komma runt diffraktionsgränsen, som bara gäller om man observerar föremålen på ett avstånd mycket längre än ljusets våglängd. Med tekniker som Near-field scanning optical microscopy (NSOM), som är en optisk variant av AFM där man fångar upp ljuset med en optisk fiber som man för mycket nära objektet kan man "se" föremål ner till tiotals nanometer. En annan möjlighet är att använda en så kallad superlins, med negativ permittivitet. Om den placeras tillräckligt nära objektet för att kunna fånga upp det ljus som snabbt dämpas kan man avbilda mycket små objekt, enligt samma princip som NSOM.

Den typen av lins förslogs år 2000 av John Pendry och lyckades realiseras av Nicholas Fang och hans medarbetare¹. De lyckades avbilda avstånd ner till en sjättedel av ljusetsvåglängd med hjälp av en silversuperlins. En begränsning var hur jämna man kunde silverlagren linsen är uppbyggd av. Nu har de just publicerat en artikel på arXiv² där de lyckas jämna till sina lager och når ner till en upplösning på en tolftedel av våglängden. I bilden nedan ser man ett kromgitter med 30 nm breda band, avbildade med UV-ljus med våglängden 380 nm.

Uppställningen för att göra det är inte helt enkel, utan består av ett system där objektet och linsen är fabricerade till ett stycke. Som bevis för att principen fungerar är det en fungerande uppställning, men för mikroskopi är det nog en del utveckling kvar.

Författarna spekulerar över att det i framtiden kommer att bli möjligt att följa molekylrörelser med ögonblicksbilder i optisk mikroskopi. Troligare är att tekniken med superlinser och närfältsavbildning kommer att få betydelse inom fotolitografi innan dess. Att kunna tillverka nm-stora mönster med optisk litografi är en mångmiljardindustri och jag är säker på att halvledarindustrin har örnkoll på utvecklingen inom området.

Referenser:
¹ N. Fang et al., Sub–Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens, Science 308, 534 - 537.
² P. Chaturvedi et al., Molecular Scale Imaging with a Smooth Superlens, arXiv:0906.1213v1.

Andra bloggar om: vetenskap, fysik, optik, nanovetenskap.