Je leest:

Superlens breekt verkeerd om

Superlens breekt verkeerd om

Auteur: | 26 april 2005

Amerikaanse natuurkundigen zijn door de diffractie-limiet gebroken: met een speciale opstelling kunnen ze scherper zien dan de natuurkunde voor mogelijk hield. Over verdampend licht en negatieve breking.

Xiang Zhang van de Universiteit van Californië in Berkeley heeft een superlens in handen. Met een normale lens kun je maar details onderscheiden die zo groot zijn als de golflengte van je lichtbron, maar Zhang’s vinding duikt ver onder die zogenaamde diffractie-limiet. Met een dunne laag zilver weet hij ‘evanescente’ (verdampende) lichtgolven te versterken, die normaal al vlakbij hun bron uitdoven.

Deze superlens, gemaakt van een dunne zilverlaag, kan scherpstellen tot voorbij de diffractie-limiet. Normaal kan een lens maar zaken scherpstellen die zo groot zijn als de golflengte van het gebruikte licht. Deze lens van Xiang Zhang en collega’s gebruikt negatieve breking om kleinere structuren in beeld te krijgen. Dat doet de lens door ‘evanescente’ lichtgolven (rode lijn) te versterken, die normaal exponentieel zwakker worden als ze van de bron af reizen. bron: Cheng Sun, Universiteit van Californië in Berkeley

Licht spoelt, zoals elke golf, moeiteloos om voorwerpen heen die kleiner zijn dan eigen golflengte van de lichtgolf. Zo’n klein voorwerp laat geen sporen na in de golf: die bevat dan ook geen informatie over dat voorwerp. Je kunt, lijkt golftheorie te zeggen, geen voorwerpen zichtbaar maken die kleiner zijn dan de golflengte van je lichtbron. Hoe hebben Zhang en zijn team dat klaargespeeld?

Verdampend licht

Zhang gebruikte het verschijnsel negatieve breking, dertig jaar geleden voor het eerst beschreven door de Rus Viktor Veselago. Negatieve breking treedt op in materialen met een negatieve geleidbaarheid ( permittiviteit) van elektrische en magnetische golven. In de natuur komen alleen materialen met positieve permittiviteit voor, maar in een laboratorium zou je met slimme truuks toch materiaal met negatieve breking kunnen maken. Veselago kwam tot de conclusie dat zo’n hypothetisch materiaal niet alleen licht de “verkeerde kant” op breekt. Niet alleen dat, negatief brekende lenzen zouden ook normaal ongrijpbare lichtgolven versterken.

Als water een negatieve brekingsindex zou hebben, zou dat er zo uitzien. Normaal licht breekt naar de normaal toe als het door het grensvlak tussen lucht en water breekt, maar nooit erdoorheen.. De normaal is de lijn loodrecht op de vloeistofspiegel. Materiaal met negatieve brekingsindex heeft een andere regel, waarbij licht juist altijd door de normaal heen breekt. bron: Universiteit van Texas

Ook een voorwerp dat kleiner is dan de golflengte van licht, weet dat licht nog iets te verstoren. De opgewekte golven dempen echter exponentieel snel uit, waardoor ze niet ver van het voorwerp afkomen. Ze lijken te verdampen voor een waarnemer er iets van kan merken.

In 2000 rekende John Pendry (Imperial College, Londen) voor dat een negatief brekend materiaal de verdampende golfjes wél versterkt. Hij bouwde een opstelling die microgolven negatief breekt, maar wist geen vergelijkbaar materiaal voor zichtbaar licht te maken.

Zhang liet al in 2003 zien dat een dun zilverlaagje negatieve breking opwekt in zichtbaar licht. Met zijn nieuwste experiment laat hij zien dat hij de uitvinding ook toe kan passen: “Met ons werk hebben we een middel in handen om door de diffractie-limiet te breken”, zegt Zhang in een interview. “Deze vinding kan een breed scala aan technieken revolutioneren”, voegt hij toe: van microscopie in levend weefsel tot snellere glasvezels en een scherpere lichtbundel om elektronische circuits mee te etsen aan toe.

En de ultieme toepassing? Volgens John Pendry kan een negatief brekende superlens tot een honderdste van de normale diffractie-limiet kijken. Mocht dat ooit lukken, dan maakt zo’n lens voorwerpen van een paar nanometer groot zichtbaar. Natuurkundigen zien dan voor het eerst met eigen ogen de dans van moleculen en atomen.

Origineel artikel: Fang et al., Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens, Science 2005 308: 534-537

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 26 april 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.