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光学物理学

光学物理学

Building the 完美的镜头 with metamaterials

24 Oct 2013

原则上“perfect lens” could be created that opens up a brave new world of scientific investigation, particularly in nanotechnology and the biosciences. The key requirement of these instruments is to devise a cunning way of getting around the 衍射极限, which restricts the resolution of images produced with optical light. This film takes you to 伦敦帝国理工学院 to investigate one promising route to a 完美的镜头 that uses artificial structures known as metamaterials.

当然,光是一件奇妙的事情,因为它可以使用简单的透镜和纤维进行引导和聚焦,以捕获太小或太远而无法用肉眼看到的物体的图像。此外,许多原子和分子跃迁发生在光波长处,这就是为什么从红外到紫外线的光成为众多光谱技术的核心所在的原因。但是,作为原子和分子的探针,光的一个主要缺点是:一定波长的光不能用来识别小于该波长一半的物体。即使是紫外线,这“diffraction limit”大约是50纳米,大约是一个大蛋白质分子的大小。

One promising route around the 衍射极限 is to create a lens using so-called metamaterials, which contain structures that are smaller than the wavelength of light. “通过以某些方式排列这些结构,您可以放大光波并使它们以错误的方式衍射,并且您可以看到图像,’通常无法以较小的比例看到”科学传播者克里斯·克拉克(Chris Clarke)解释说。伦敦帝国学院的约翰·彭德里爵士(Sir John Pendry)于2000年首次提出了使用超材料创建完美镜片的想法,并且已经通过实验证明了基本原理。

今天,在帝国理工学院,生物科学家开始思考如何在研究中使用这种复杂的成像工具。“这些高分辨率的显微图像开始揭示的是,有许多非常小的结构,甚至不到十纳米。这些结构对于细胞之间的相互交流至关重要,”生物材料科学家Iain Dunlop解释说。“当您的免疫系统决定是否’要攻击某物,那么大小的空间结构将有助于调解该决定。因此,对这些图像进行成像的能力对于理解这一点至关重要。”

这部电影是由三部分组成的系列之一,探讨了物理研究中出现的一些最有前途的技术。您可以通过下载特别版的25周年纪念来了解其他物理学的附带知识 物理世界 作为免费的PDF.

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