Плоская линза: Фокус с ультрафиолетом
Встречающиеся в природе материалы характеризуются положительными коэффициентами преломления. Поместив соломинку в стакан с водой, можно увидеть «излом» на границе двух сред: кажется, что переходя из воздуха (коэффициент преломления 1) в воду (коэффициент преломления 1,33), соломинка отклоняется вперед. А если бы вместо воды в стакане был материал с отрицательным коэффициентом преломления, мы бы увидели совершенно непривычную картину: соломинка отклонилась бы в противоположную сторону.
Впервые существование метаматериалов с отрицательным коэффициентом преломления было предсказано русским физиком В.Г. Веселаго в 1967 г. Такой метаматериал, по мнению ученого, можно было бы использовать в качестве плоской линзы, способной обеспечить беспрецедентное разрешение, недостижимое для линз из материалов с положительным коэффициентом преломления.
Прошло более 30 лет, прежде чем идею Веселаго воплотили в жизнь американские ученые, создав метаматериал, отдельные элементы структуры которого были меньше, чем длина волны излучения, с которым работала линза. В течение десятилетия появились плоские линзы с рабочим диапазоном в области микроволнового, инфракрасного и видимого излучения. Но чем меньше длина волны света, тем мельче должны быть структуры, определяющие свойства метаматериала. Чтобы создать линзу для ультрафиолетового диапазона, необходимо было создать метаматериал, отдельные элементы структуры которого не превышают по размерам 10 нм. Это удалось ученым из NIST. Они также преодолели другое ограничение всех созданных ранее плоских линз, которые демонстрировали отрицательный показатель преломления только для света, приходящего с определенного направления. «Всенаправленная» линза гораздо более удобна в использовании.
Вместо того чтобы пытаться создать наноразмерные «узоры», задающие специфические свойства материала, ученые просто слепили «слоеный пирог» из чередующихся листов серебра и диоксида титана толщиной в один атом. На современном уровне развития технологий создание таких слоев — рутинная работа. Возможно, использование комбинации других материалов позволит сместить рабочий диапазон линзы в видимую и инфракрасную области спектра.
По материалам NIST, University of British Columbia