I metamateriali iperbolici consentono di creare “impronte digitali” su scala nanometrica

Importante scoperta su scala nanometrica. I metamateriali iperbolici sono strutture artificiali che possono essere formate depositando strati sottili alternati su un conduttore come argento o grafene su un substrato.

Una delle loro abilità speciali è sostenere la propagazione di un fascio di luce molto stretto, che può essere generato posizionando una nanoparticella sulla sua superficie superiore. Illuminandola con un raggio laser. È estremamente difficile realizzare in pratica immagini di subwavelength di oggetti sconosciuti e arbitrari.

Ma come i ricercatori dell’Università dell’America del Michigan e della Purdue riportano su APL Photonics, non è sempre necessario ottenere un’immagine completa quando qualcosa su quell’oggetto è già noto.

“Un esempio familiare della vita di tutti i giorni è l’impronta digitale“, ha detto Theodore B Norris, all’Università del Michigan.

“Un sistema di riconoscimento delle impronte digitali non ha bisogno di ottenere un’immagine completa ad alta risoluzione dell’impronta digitale, ma deve solo riconoscerla.”

Così Evgenii E. Narimanov, uno dei coautori, iniziò 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. Spingendo la lunghezza d’onda della luce incidente, il raggio stretto scansionerà il metamateriale iperbolico inferiore e la sua interfaccia aerea. Se nano-oggetti sono posizionati vicino all’interfaccia inferiore, spargono la luce.

Questa dispersione è più forte quando il fascio stretto è diretto verso di loro.

L’importanza di questa scoperta per la scala nanometrica

“Siamo in grado di misurare la potenza della luce diffusa utilizzando un fotorilevatore e tracciare la potenza della luce diffusa contro la lunghezza d’onda della luce incidente”

ha detto Zhengyu Huang, uno studente laureato presso l’Università del Michigan.

Poi ha continuato:

“Tale trama codifica le informazioni spaziali sui nano-oggetti attraverso la lunghezza d’onda del picco di dispersione nella trama. Poi 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 nano-oggetto inferiore da percepire rispetto alla nanoparticella superiore. Così come la separazione tra due nano-oggetti e la loro composizione materiale.

L’accesso al mondo su scala nanoscopica attraverso l’ottica è stata una delle frontiere più vigorosamente perseguite in ottica nell’ultimo decennio. “Il microscopio tradizionale è limitato in risoluzione dalla lunghezza d’onda della luce“, ha detto Huang.

Poi ha proseguito:

“E, usando un microscopio convenzionale, la più piccola caratteristica che si può risolvere è di circa 250 nanometri per la luce visibile. Nota anche come limite di Abbe.”

Oltrepassare questo limite e risolvere le caratteristiche più piccole richiederà alcune tecnologie avanzate. Ma il primo sasso nello stagno è stato lanciato.