सुपरलेंस

एक सुपरलेन्स, या सुपर लेंस, एक लेंस (प्रकाशिकी) है जो विवर्तन सीमा से परे जाने के लिए मेटामेट्री का उपयोग करता है। विवर्तन सीमा पारंपरिक लेंस और ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी की एक विशेषता है जो रोशनी की तरंग दैर्ध्य और वस्तुनिष्ठ लेंस के संख्यात्मक एपर्चर एनए के आधार पर उनके रिज़ॉल्यूशन की सुंदरता को सीमित करती है। कई लेंस डिजाइन प्रस्तावित किए गए हैं जो किसी तरह विवर्तन सीमा से परे जाते हैं, लेकिन बाधाएं और बाधाएं उनमें से प्रत्येक का सामना करती हैं।

इतिहास

1873 में अर्नेस्ट अब्बे ने बताया कि पारंपरिक लेंस किसी भी छवि के कुछ सूक्ष्म विवरणों को कैप्चर करने में असमर्थ हैं। सुपरलेन्स का उद्देश्य ऐसे विवरणों को कैप्चर करना है। पारंपरिक लेंस (ऑप्टिक्स)es की सीमा ने जैविक विज्ञान में प्रगति को बाधित किया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक वाइरस या डीएनए अणु को उच्चतम शक्ति वाले पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी से नहीं सुलझाया जा सकता है। यह सीमा उनके प्राकृतिक वातावरण में एक कोशिका (जीव विज्ञान) के सूक्ष्मनलिकाएं के साथ चलने वाले सेलुलर प्रोटीन की मिनट प्रक्रियाओं तक फैली हुई है। इसके अतिरिक्त, कंप्यूटर चिप्स और परस्पर संबंधित microelectronics छोटे और छोटे पैमाने पर निर्मित होते रहते हैं। इसके लिए विशिष्ट नैनोलिथोग्राफी की आवश्यकता होती है, जो सीमित भी है क्योंकि इनमें पारंपरिक लेंस का उपयोग होता है। इसलिए, एक सुपरलेन्स को नियंत्रित करने वाले सिद्धांत दिखाते हैं कि इसमें डीएनए अणुओं, सेलुलर प्रोटीन प्रक्रियाओं की इमेजिंग और इससे भी छोटे कंप्यूटर चिप्स और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के निर्माण में सहायता करने की क्षमता है।

इसके अलावा, पारंपरिक लेंस केवल तरंग प्रसार प्रकाश तरंगों को पकड़ते हैं। ये लहर तरंगें हैं जो किसी प्रकाश स्रोत या वस्तु से लेंस या मानव आँख तक जाती हैं। इसका वैकल्पिक रूप से सुदूर क्षेत्र के रूप में अध्ययन किया जा सकता है। इसके विपरीत, एक सुपरलेंस किसी वस्तु की सतह के शीर्ष पर रहने वाले दृश्यमान प्रकाश और तरंगों को प्रसारित करता है, जिसे वैकल्पिक रूप से दूर क्षेत्र और निकट और दूर क्षेत्र दोनों के रूप में अध्ययन किया जा सकता है। 20वीं शताब्दी की शुरुआत में डेनिस गैबोर द्वारा सुपरलेन्स शब्द का इस्तेमाल कुछ अलग करने के लिए किया गया था: एक यौगिक लेंसलेट सरणी प्रणाली।

सिद्धांत

दूरबीन माइक्रोस्कोप एक पारंपरिक ऑप्टिकल प्रणाली है। स्थानिक संकल्प एक विवर्तन सीमा से सीमित है जो 200 नैनोमीटर से थोड़ा ऊपर है।

छवि निर्माण

File:Commonly used metallic nanoprobes.jpg

आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले धात्विक नैनोप्रोब्स के योजनाबद्ध चित्रण और चित्र जिनका उपयोग नैनोमीटर रिज़ॉल्यूशन में एक नमूना देखने के लिए किया जा सकता है। ध्यान दें कि तीन नैनोप्रोब्स की युक्तियां 100 नैनोमीटर हैं।

किसी वस्तु की छवि को उस वस्तु की विशेषताओं के मूर्त या दृश्य प्रतिनिधित्व के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। छवि निर्माण के लिए एक आवश्यकता EM क्षेत्र के क्षेत्रों के साथ सहभागिता है। इसके अलावा, फीचर विवरण, या छवि रिज़ॉल्यूशन का स्तर तरंग दैर्ध्य तक सीमित है। उदाहरण के लिए, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के साथ, छवि उत्पादन और संकल्प दृश्यमान प्रकाश की तरंग की लंबाई पर निर्भर करता है। हालांकि, एक सुपरलेन्स के साथ, इस सीमा को हटाया जा सकता है, और छवि की एक नई श्रेणी उत्पन्न की जा सकती है।

इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी इस विवर्तन सीमा को पार कर सकती है। दूसरी ओर ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी, 200 100 नैनोमीटर के ठीक ऊपर कुछ मान तक सीमित नहीं हो सकता है।हालाँकि, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के साथ संयुक्त तकनीक ने छवि रिज़ॉल्यूशन में वृद्धि की अनुमति देना शुरू कर दिया है (नीचे अनुभाग देखें)।

विवर्तन सीमा से विवश होने की एक परिभाषा, आधा प्रकाश पर एक संकल्प काट दिया गया है। दृश्यमान स्पेक्ट्रम की एक सीमा होती है जो 390 नैनोमीटर से 750 नैनोमीटर तक फैली होती है। हरा, बीच में आधा, लगभग 500 नैनोमीटर है। माइक्रोस्कोपी लेंस एपर्चर, ऑब्जेक्ट से लेंस तक की दूरी और देखी गई सामग्री के अपवर्तनांक जैसे मापदंडों को ध्यान में रखता है। यह संयोजन रिज़ॉल्यूशन कटऑफ या माइक्रोस्कोपी माइक्रोस्कोपी को परिभाषित करता है, जो 200 नैनोमीटर तक सारणीबद्ध होता है। इसलिए, पारंपरिक लेंस, जो वस्तुतः साधारण प्रकाश तरंगों का उपयोग करके किसी वस्तु की एक छवि का निर्माण करते हैं, ऐसी जानकारी को छोड़ देते हैं जो बहुत ही सूक्ष्म, और उस वस्तु का सूक्ष्म विवरण उत्पन्न करती है जो क्षणभंगुर तरंगों में समाहित होती है। ये आयाम 200 नैनोमीटर से कम हैं। इस कारण से, पारंपरिक ऑप्टिकल सिस्टम, जैसे कि सूक्ष्मदर्शी, बहुत छोटी, नैनो-तकनीक | नैनोमीटर-आकार की संरचनाओं या विवो में नैनोमीटर-आकार, जैसे कि व्यक्तिगत वायरस, या डीएनए अणुओं की सटीक रूप से छवि बनाने में असमर्थ रहे हैं। मानक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी (उज्ज्वल क्षेत्र माइक्रोस्कोपी) की सीमाएं तीन क्षेत्रों में हैं:

• तकनीक केवल अंधेरे या दृढ़ता से अपवर्तक सूचकांक को प्रभावी ढंग से चित्रित कर सकती है।
• विवर्तन वस्तु, या कोशिका (जीव विज्ञान)|कोशिका के संकल्प को लगभग 200 नैनोमीटर तक सीमित करता है।
• फोकल प्लेन के बाहर के बिंदुओं से फोकस से बाहर का प्रकाश छवि की स्पष्टता को कम करता है।

जीवित जैविक कोशिका (जीव विज्ञान) में विशेष रूप से सफलतापूर्वक अध्ययन करने के लिए पर्याप्त कंट्रास्ट की कमी होती है, क्योंकि कोशिका की आंतरिक संरचना ज्यादातर रंगहीन और पारदर्शी होती है। कंट्रास्ट बढ़ाने का सबसे आम तरीका चयनात्मक रंगों के साथ विभिन्न संरचनाओं को रंगना (जीव विज्ञान) है, लेकिन अक्सर इसमें नमूने को मारना और ठीक करना शामिल होता है। स्टेनिंग विरूपण साक्ष्य (माइक्रोस्कोपी) भी पेश कर सकता है, स्पष्ट संरचनात्मक विवरण जो नमूने के प्रसंस्करण के कारण होते हैं और इस प्रकार नमूने की एक वैध विशेषता नहीं हैं।

पारंपरिक लेंस

डीवीडी (डिजिटल बहुमुखी डिस्क)। डेटा स्थानांतरण के लिए एक लेजर कार्यरत है।

पारंपरिक पारंपरिक लेंस हमारे समाज और विज्ञान में व्यापक है। यह प्रकाशिकी के मूलभूत उपकरणों में से एक है क्योंकि यह प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य के साथ संपर्क करता है। उसी समय, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य साधारण छवियों को खींचने के लिए उपयोग की जाने वाली पेंसिल की चौड़ाई के अनुरूप हो सकती है। सीमा हर तरह से घुसपैठ करती है। उदाहरण के लिए, डिजिटल वीडियो सिस्टम में उपयोग किया जाने वाला लेज़र डीवीडी से विवरण नहीं पढ़ सकता है जो कि लेज़र के दृश्य प्रकाश से छोटा होता है। यह डीवीडी की भंडारण क्षमता को सीमित करता है।

इस प्रकार, जब कोई वस्तु प्रकाश का उत्सर्जन या परावर्तित करती है तो इस घटना से जुड़े दो प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण होते हैं। ये क्षणभंगुर तरंग विकिरण और कोणीय विभेदन विकिरण हैं। जैसा कि इसके विवरण से पता चलता है, दूर का क्षेत्र वस्तु से परे निकल जाता है। फिर इसे पारंपरिक ग्लास लेंस द्वारा आसानी से पकड़ा और हेरफेर किया जाता है। हालाँकि, उपयोगी (नैनोमीटर-आकार) रिज़ॉल्यूशन विवरण नहीं देखे गए हैं, क्योंकि वे निकट क्षेत्र में छिपे हुए हैं। वे स्थानीयकृत रहते हैं, प्रकाश उत्सर्जक वस्तु के बहुत करीब रहते हैं, यात्रा करने में असमर्थ होते हैं, और पारंपरिक लेंस द्वारा कब्जा करने में असमर्थ होते हैं। उच्च विभेदन के लिए निकट क्षेत्र विकिरण को नियंत्रित करना, प्रकृति में आसानी से प्राप्त नहीं होने वाली सामग्रियों की एक नई श्रेणी के साथ पूरा किया जा सकता है। ये क्रिस्टल संरचना जैसे परिचित ठोस पदार्थों के विपरीत हैं, जो परमाणु और आणविक इकाइयों से अपनी गुण प्राप्त करते हैं। नई सामग्री वर्ग, जिसे metamaterials कहा जाता है, इसके गुणों को कृत्रिम रूप से बड़ी संरचना से प्राप्त करता है। इसके परिणामस्वरूप उपन्यास गुण और उपन्यास प्रतिक्रियाएं हुई हैं, जो प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा लगाए गए सीमाओं को पार करने वाले कोणीय संकल्प की अनुमति देती हैं।

सबवेवलेंथ इमेजिंग

इलेक्ट्रोकंपोज़र एक इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी मशीन (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) था जिसे मुखौटा लेखन के लिए डिज़ाइन किया गया था। इसे 1970 के दशक की शुरुआत में विकसित किया गया था और 1970 के दशक के मध्य में तैनात किया गया था।

इसने वास्तविक समय, प्राकृतिक वातावरण में सेल (जीव विज्ञान) की बातचीत को देखने की इच्छा और सबवेवलेंथ इमेजिंग की आवश्यकता को जन्म दिया है। सबवेवलेंथ इमेजिंग को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसमें दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के नीचे किसी वस्तु या जीव का विवरण देखने की क्षमता होती है (उपरोक्त अनुभागों में चर्चा देखें)। दूसरे शब्दों में, 200 नैनोमीटर से कम वास्तविक समय में निरीक्षण करने की क्षमता होना। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी एक गैर-इनवेसिव तकनीक और तकनीक है क्योंकि हर रोज प्रकाश संचरण माध्यम है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी (सबवेवलेंथ) में ऑप्टिकल सीमा के नीचे इमेजिंग को सेल (जीव विज्ञान) और सिद्धांत रूप में नैनोटेक्नोलॉजी के लिए इंजीनियर किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, 2007 में एक तकनीक का प्रदर्शन किया गया था जहां एक पारंपरिक ऑप्टिकल लेंस के साथ एक नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्री | मेटामटेरियल्स-आधारित लेंस दृश्यमान प्रकाश को देखने के लिए हेरफेर कर सकता है (नैनोस्कोपिक स्केल) पैटर्न जो एक साधारण ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ देखे जाने के लिए बहुत छोटा था। इसमें न केवल एक संपूर्ण कोशिका (जीव विज्ञान), या कोशिका (जीव विज्ञान) # कार्यों को देखने के लिए संभावित अनुप्रयोग हैं, जैसे प्रोटीन और वसा कोशिकाओं के अंदर और बाहर कैसे चलते हैं। प्रौद्योगिकी क्षेत्र में, इसका उपयोग फोटोलिथोग्राफी और नैनोलिथोग्राफी के पहले चरणों में सुधार करने के लिए किया जा सकता है, जो कभी छोटे कंप्यूटर चिप्स के निर्माण के लिए आवश्यक है। सबवेवलेंथ पर ध्यान केंद्रित करना एक अद्वितीय ऑप्टिकल इमेजिंग तकनीक बन गई है जो देखी गई वस्तु पर उन विशेषताओं के दृश्य की अनुमति देती है जो उपयोग में फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य से छोटी होती हैं। फोटोन प्रकाश की न्यूनतम इकाई है। जबकि पहले शारीरिक रूप से असंभव माना जाता था, मेटामटेरियल्स के विकास के माध्यम से सबवेवलेंथ इमेजिंग संभव हो गई है। यह आम तौर पर धातु की एक परत का उपयोग करके पूरा किया जाता है जैसे कि सोने या चांदी में कुछ परमाणु मोटे होते हैं, जो सुपरलेन्स के रूप में कार्य करता है, या 1डी और 2डी फोटोनिक क्रिस्टल के माध्यम से। नीचे के अनुभागों में चर्चा की गई तरंगों के प्रसार, क्षणिक तरंगों, निकट क्षेत्र इमेजिंग और दूर क्षेत्र इमेजिंग के बीच एक सूक्ष्म परस्पर क्रिया है।

प्रारंभिक सबवेवलेंथ इमेजिंग

मेटामटेरियल लेंस (सुपरलेंस) प्रत्येक उदाहरण में नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक का उत्पादन करके नैनोमीटर आकार की छवियों का पुनर्निर्माण करने में सक्षम हैं। यह तेजी से सड़ने वाली क्षणभंगुर तरंगों की भरपाई करता है। मेटामटेरियल्स से पहले, सुपर-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी बनाने के लिए कई अन्य तकनीकों का प्रस्ताव दिया गया था और यहां तक ​​​​कि प्रदर्शित भी किया गया था। जहां तक ​​1928 की बात है, आयरिश भौतिक विज्ञानी एडवर्ड हचिंसन सिन्ज को इस विचार की कल्पना करने और विकसित करने का श्रेय दिया जाता है कि अंततः निकट-क्षेत्र स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप | नियर-फील्ड स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी क्या होगा। 1974 में द्वि-आयामी निर्माण तकनीकों के प्रस्ताव प्रस्तुत किए गए थे। इन प्रस्तावों में उपयुक्त समतल (ज्यामिति) सब्सट्रेट पर राहत, फोटोलिथोग्राफी, इलेक्ट्रॉन लिथोग्राफी, एक्स-रे लिथोग्राफी, या आयन बमबारी में एक पैटर्न बनाने के लिए संपर्क लिथोग्राफी शामिल थी। मेटामटेरियल लेंस के साझा तकनीकी लक्ष्यों और लिथोग्राफी की विविधता का उद्देश्य ऑप्टिकल संकल्प सुविधाओं का है, जो उजागर प्रकाश के वैक्यूम तरंगदैर्ध्य की तुलना में बहुत छोटे आयाम हैं।1981 में दृश्यमान स्पेक्ट्रम (400 नैनोमीटर) के साथ प्लानर (फ्लैट) सबसूक्ष्म धातु पैटर्न की संपर्क इमेजिंग की दो अलग-अलग तकनीकों का प्रदर्शन किया गया। एक प्रदर्शन के परिणामस्वरूप 100 एनएम का छवि रिज़ॉल्यूशन और दूसरा 50 से 70 एनएम का रिज़ॉल्यूशन हुआ। 1995 में, जॉन गुएरा ने एक पारंपरिक माइक्रोस्कोप विसर्जन उद्देश्य के साथ 50 एनएम लाइनों और रिक्त स्थान (मेटामेट्री) वाले एक पारदर्शी झंझरी को संयोजित किया। परिणामी सुपरलेन्स ने एक सिलिकॉन नमूने को हल किया जिसमें 50 एनएम लाइनें और रिक्त स्थान थे, जो हवा में 650 एनएम तरंग दैर्ध्य वाली रोशनी द्वारा लगाए गए शास्त्रीय विवर्तन सीमा से परे थे। कम से कम 1998 के बाद से निकट और दूर क्षेत्र ऑप्टिकल लिथोग्राफी को नैनोमीटर-स्केल सुविधाओं को बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। इस तकनीक पर अनुसंधान जारी रहा क्योंकि 2000-2001 में पहला प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्री अस्तित्व में आया। नैनोमीटर-स्केल अनुप्रयोगों के लिए नई सहस्राब्दी की शुरुआत में इलेक्ट्रॉन-बीम लिथोग्राफी की प्रभावशीलता पर भी शोध किया जा रहा था। नैनोइमप्रिंट लिथोग्राफी को नैनोमीटर-स्केल्ड अनुसंधान और प्रौद्योगिकी के लिए वांछनीय लाभ दिखाया गया था। उन्नत गहरी फोटोलिथोग्राफ़ी अब सब-100 एनएम रिज़ॉल्यूशन प्रदान कर सकती है, फिर भी न्यूनतम फ़ीचर आकार और पैटर्न के बीच की दूरी प्रकाश की विवर्तन सीमा द्वारा निर्धारित की जाती है। इसकी व्युत्पन्न प्रौद्योगिकियां जैसे निकट और दूर क्षेत्र | निकट-क्षेत्र लिथोग्राफी, निकट-क्षेत्र हस्तक्षेप लिथोग्राफी, और चरण-स्थानांतरण मुखौटा लिथोग्राफी जैसे विवर्तन सीमा को पार करने के लिए विकसित की गईं। वर्ष 2000 में, जॉन पेंड्री ने दृश्यमान स्पेक्ट्रम के तरंग दैर्ध्य के नीचे ध्यान केंद्रित करने के लिए नैनोमीटर-स्केल्ड इमेजिंग प्राप्त करने के लिए मेटामेट्री लेंस का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया।

विवर्तन सीमा का विश्लेषण

सही लेंस की मूल समस्या: किसी स्रोत से निकलने वाले EM क्षेत्र के सामान्य विस्तार में प्रसार तरंगें और निकट-क्षेत्र या क्षणभंगुर तरंगें होती हैं। एक विद्युत क्षेत्र के साथ 2-डी लाइन स्रोत का एक उदाहरण जिसमें एस-ध्रुवीकरण होता है, जिसमें समतल तरंगें होती हैं जिनमें प्रसार और अपवर्तक घटक होते हैं, जो इंटरफ़ेस के समानांतर आगे बढ़ते हैं।जैसा कि प्रसार और छोटी अपस्फीति तरंगें दोनों माध्यम इंटरफ़ेस के समानांतर एक दिशा में आगे बढ़ती हैं, प्रसार की दिशा में वाष्पशील तरंगें क्षय होती हैं। साधारण (सकारात्मक सूचकांक) ऑप्टिकल तत्व प्रसार घटकों को फिर से फोकस कर सकते हैं, लेकिन तेजी से क्षय होने वाले अमानवीय घटक हमेशा खो जाते हैं, जिससे एक छवि पर ध्यान केंद्रित करने के लिए विवर्तन सीमा बढ़ जाती है।

एक सुपरलेन्स एक लेंस है जो निकट और दूर क्षेत्र के आवर्धन की अनुमति देते हुए सबवेवलेंथ इमेजिंग में सक्षम है। तथाकथित विवर्तन सीमा के कारण परंपरागत लेंसों में एक तरंग दैर्ध्य के क्रम पर एक कोणीय संकल्प होता है। यह सीमा बहुत छोटी वस्तुओं की इमेजिंग में बाधा डालती है, जैसे कि व्यक्तिगत परमाणु, जो दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटे होते हैं। एक सुपरलेंस विवर्तन सीमा को पार करने में सक्षम है। एक उदाहरण पेंड्री द्वारा वर्णित प्रारंभिक लेंस है, जो फ्लैट लेंस के रूप में अपवर्तन के नकारात्मक सूचकांक के साथ सामग्री के एक स्लैब का उपयोग करता है। सिद्धांत रूप में, एक संपूर्ण लेंस सही फोकस (ऑप्टिक्स) करने में सक्षम होगा - जिसका अर्थ है कि यह छवि विमान पर स्रोत विमान के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को पूरी तरह से पुन: पेश कर सकता है।

संकल्प पर प्रतिबंध के रूप में विवर्तन सीमा

पारंपरिक लेंसों की प्रदर्शन सीमा विवर्तन सीमा के कारण होती है। पेंड्री (2000) के बाद विवर्तन सीमा को इस प्रकार समझा जा सकता है। एक वस्तु और एक लेंस पर विचार करें जिसे z-अक्ष के साथ रखा गया है ताकि वस्तु से किरणें +z दिशा में यात्रा कर रही हों। वस्तु से निकलने वाले क्षेत्र को उसके कोणीय स्पेक्ट्रम विधि के संदर्भ में समतल तरंगों के सुपरपोज़िशन सिद्धांत के रूप में लिखा जा सकता है:

$E(x,y,z,t)=\sum _{k_{x},k_{y}}A(k_{x},k_{y})e^{i\left(k_{z}z+k_{y}y+k_{x}x-\omega t\right)},$

कहाँ $k_{z}$ का एक कार्य है $k_{x},k_{y}$:

$k_{z}={\sqrt {{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}}-\left(k_{x}^{2}+k_{y}^{2}\right)}}.$

केवल धनात्मक वर्गमूल लिया जाता है क्योंकि ऊर्जा +z दिशा में जा रही है। छवि के कोणीय स्पेक्ट्रम के सभी घटक जिसके लिए $k_{z}$ वास्तविक है एक साधारण लेंस द्वारा संचरित और पुनः फोकस किया जाता है। हालांकि, यदि

$k_{x}^{2}+k_{y}^{2}>{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}},$

तब $k_{z}$ काल्पनिक हो जाता है, और तरंग एक क्षणभंगुर तरंग है, जिसका आयाम z अक्ष के साथ तरंग प्रसार के रूप में घटता है। इसका परिणाम तरंग के उच्च-कोणीय-आवृत्ति घटकों के नुकसान में होता है, जिसमें छवि की जा रही वस्तु की उच्च-आवृत्ति (लघु-स्तरीय) विशेषताओं के बारे में जानकारी होती है। प्राप्त किया जा सकने वाला उच्चतम विभेदन तरंगदैर्घ्य के रूप में व्यक्त किया जा सकता है:

$k_{\text{max}}\approx {\frac {\omega }{c}}={\frac {2\pi }{\lambda }},$

$\Delta x_{\text{min}}\approx \lambda .$

एक सुपरलेन्स ने सीमा पार कर ली। पेन्ड्री-प्रकार के सुपरलेंस में n=−1 (ε=−1, μ=−1) का सूचकांक होता है, और ऐसी सामग्री में, +z दिशा में ऊर्जा के परिवहन के लिए तरंग सदिश के z घटक के विपरीत होने की आवश्यकता होती है। संकेत:

$k'_{z}=-{\sqrt {{\frac {\omega ^{2}}{c^{2}}}-\left(k_{x}^{2}+k_{y}^{2}\right)}}.$

बड़ी कोणीय आवृत्तियों के लिए, क्षणभंगुर तरंग अब बढ़ती है, इसलिए उचित लेंस मोटाई के साथ, कोणीय स्पेक्ट्रम के सभी घटकों को बिना विकृत हुए लेंस के माध्यम से प्रेषित किया जा सकता है। ऊर्जा के संरक्षण के साथ कोई समस्या नहीं है, क्योंकि क्षणभंगुर तरंगें विकास की दिशा में कुछ भी नहीं ले जाती हैं: पॉयंटिंग वेक्टर विकास की दिशा में लंबवत रूप से उन्मुख होता है। एक आदर्श लेंस के अंदर यात्रा करने वाली तरंगों के लिए, पॉयंटिंग वेक्टर चरण वेग के विपरीत दिशा में इंगित करता है।

अपवर्तन के ऋणात्मक सूचकांक के प्रभाव

a) जब कोई तरंग निर्वात से धनात्मक अपवर्तन सूचकांक सामग्री से टकराती है। बी) जब एक लहर एक निर्वात से एक नकारात्मक-अपवर्तन-सूचकांक सामग्री पर हमला करती है। c) जब किसी वस्तु को n=−1 वाली वस्तु के सामने रखा जाता है, तो इससे प्रकाश अपवर्तित होता है जिससे यह एक बार लेंस के अंदर और एक बार बाहर केंद्रित हो जाता है। यह सबवेवलेंथ इमेजिंग की अनुमति देता है।

आम तौर पर, जब कोई तरंग दो सामग्रियों के इंटरफ़ेस (रसायन विज्ञान) से गुजरती है, तो लहर सामान्य सतह के विपरीत दिशा में दिखाई देती है। हालांकि, यदि इंटरफ़ेस अपवर्तन के सकारात्मक सूचकांक वाली सामग्री और अपवर्तन के नकारात्मक सूचकांक वाली दूसरी सामग्री के बीच है, तो तरंग सामान्य के समान तरफ दिखाई देगी। पेंड्री का आदर्श लेंस का विचार एक सपाट पदार्थ है जहाँ n=−1 है। ऐसा लेंस निकट-क्षेत्र किरणों की अनुमति देता है, जो आमतौर पर विवर्तन सीमा के कारण क्षय होता है, एक बार लेंस के भीतर और एक बार लेंस के बाहर ध्यान केंद्रित करने के लिए, सबवेवलेंथ इमेजिंग की अनुमति देता है।

विकास और निर्माण

सुपरलेन्स का निर्माण एक समय असंभव माना जाता था। 2000 में, जॉन पेंड्री ने दावा किया कि बाएं हाथ की सामग्री का एक साधारण स्लैब काम करेगा। हालांकि, इस तरह के लेंस के प्रायोगिक अहसास में कुछ और समय लगा, क्योंकि नकारात्मक पारगम्यता और पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) दोनों के साथ मेटामेट्रीज़ बनाना इतना आसान नहीं है। दरअसल, ऐसी कोई सामग्री स्वाभाविक रूप से मौजूद नहीं है और आवश्यक मेटामटेरियल्स का निर्माण गैर-तुच्छ है। इसके अलावा, यह दिखाया गया था कि सामग्री के पैरामीटर बेहद संवेदनशील हैं (सूचकांक -1 के बराबर होना चाहिए); छोटे विचलन सबवेवलेंथ रिज़ॉल्यूशन को अप्राप्य बनाते हैं। मेटामटेरियल्स की गुंजयमान प्रकृति के कारण, जिस पर सुपरलेंस के कई (प्रस्तावित) कार्यान्वयन निर्भर करते हैं, मेटामटेरियल अत्यधिक फैलाव वाले होते हैं। भौतिक मापदंडों के लिए सुपरलेन्स की संवेदनशील प्रकृति मेटामटेरियल्स के आधार पर सुपरलेन्स को सीमित प्रयोग करने योग्य आवृत्ति रेंज का कारण बनती है। इस प्रारंभिक सैद्धांतिक सुपरलेन्स डिज़ाइन में एक मेटामेट्री शामिल थी जो निकट और दूर के क्षेत्र में तरंग क्षय और ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन के लिए क्षतिपूर्ति करती थी। वेव प्रसार और वाष्पशील तरंगें दोनों ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन में योगदान कर सकती हैं। पेंड्री ने यह भी सुझाव दिया कि एक लेंस जिसमें केवल एक नकारात्मक पैरामीटर होता है, एक अनुमानित सुपरलेन्स बनाता है, बशर्ते इसमें शामिल दूरी भी बहुत कम हो और बशर्ते कि स्रोत ध्रुवीकरण उपयुक्त हो। दृश्य प्रकाश के लिए यह एक उपयोगी विकल्प है, क्योंकि दृश्य प्रकाश की आवृत्ति पर एक नकारात्मक पारगम्यता के साथ इंजीनियरिंग मेटामटेरियल्स मुश्किल है। धातु तब एक अच्छा विकल्प है क्योंकि उनके पास नकारात्मक पारगम्यता (लेकिन नकारात्मक पारगम्यता नहीं) है। पेंड्री ने ऑपरेशन के अनुमानित तरंग दैर्ध्य (356 एनएम) पर अपेक्षाकृत कम नुकसान के कारण चांदी का उपयोग करने का सुझाव दिया। 2003 में पेंड्री के सिद्धांत को पहली बार प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया थाआरएफ/माइक्रोवेव आवृत्तियों पर। 2005 में, दो स्वतंत्र समूहों ने यूवी रेंज में पेंड्री के लेंस को सत्यापित किया, दोनों ने तरंग दैर्ध्य से छोटी वस्तुओं की तस्वीरों का उत्पादन करने के लिए यूवी प्रकाश से प्रकाशित चांदी की पतली परतों का उपयोग किया। दृश्य प्रकाश के नकारात्मक अपवर्तन को एक yttrium orthovanadate (YVO₄) 2003 में बाइक्रिस्टल। यह पता चला कि माइक्रोवेव के लिए एक सरल सुपरलेंस डिजाइन समानांतर संवाहक तारों की एक सरणी का उपयोग कर सकता है। यह संरचना दिखाया गया था चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग इमेजिंग के रिज़ॉल्यूशन में सुधार करने में सक्षम होने के लिए।

2004 में, एक नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्री के साथ पहला सुपरलेन्स विवर्तन सीमा से तीन गुना बेहतर संकल्प प्रदान करता था और माइक्रोवेव आवृत्तियों पर प्रदर्शित किया गया था। 2005 में, N.Fang et al. द्वारा पहले निकट-क्षेत्र प्रकाशिकी सुपरलेंस का प्रदर्शन किया गया था, लेकिन लेंस नकारात्मक अपवर्तन पर निर्भर नहीं थे। इसके बजाय, एक पतली चांदी की फिल्म का उपयोग सतह के प्लास्मोन कपलिंग के माध्यम से अपवर्तक तरंग को बढ़ाने के लिए किया गया था। लगभग उसी समय मेलविल और रिचर्ड ब्लैकी नियर फील्ड सुपरलेंस के साथ सफल हुए। अन्य समूहों ने पीछा किया। 2008 में सुपरलेन्स अनुसंधान में दो विकास रिपोर्ट किए गए। दूसरे मामले में, चांदी के नैनोवायरों से एक मेटामेट्री का गठन किया गया था जो झरझरा एल्यूमीनियम ऑक्साइड में विद्युत रासायनिक रूप से जमा हुआ था। सामग्री ने नकारात्मक अपवर्तन प्रदर्शित किया। स्लैब सामग्री और मोटाई के संबंध में ऐसे आइसोट्रोपिक नकारात्मक ढांकता हुआ निरंतर स्लैब लेंस के इमेजिंग प्रदर्शन का भी विश्लेषण किया गया था। प्लैनर यूनिएक्सियल अनिसोट्रोपिक लेंस के साथ सबवेवलेंथ इमेजिंग अवसर, जहां ढांकता हुआ टेंसर घटक विपरीत संकेत के होते हैं, संरचना मापदंडों के एक समारोह के रूप में भी अध्ययन किया गया है। सुपरलेंस को अभी तक दृश्यमान आवृत्ति या निकट-अवरक्त आवृत्तियों (नीलसन, आर.बी.; 2010) पर प्रदर्शित नहीं किया गया है। इसके अलावा, फैलाने वाली सामग्री के रूप में, ये एक तरंग दैर्ध्य पर कार्य करने तक सीमित हैं। प्रस्तावित समाधान धातु-ढांकता हुआ कंपोजिट (एमडीसी) हैं और बहुपरत लेंस संरचनाएं। मल्टी-लेयर सुपरलेन्स में सिंगल लेयर सुपरलेन्स की तुलना में बेहतर सबवेवलेंग्थ रेजोल्यूशन है। मल्टी-लेयर सिस्टम के साथ नुकसान कम चिंता का विषय है, लेकिन तरंग प्रतिबाधा मिस-मैच के कारण अभी तक यह अव्यावहारिक प्रतीत होता है।

जबकि नैनोफैब्रिकेशन तकनीकों का विकास नैनोस्ट्रक्चर के निर्माण में सीमाओं को आगे बढ़ाता है, नैनो-फोटोनिक उपकरणों के डिजाइन में सतह खुरदरापन चिंता का एक अनिवार्य स्रोत बना हुआ है। बहुपरत धातु-इन्सुलेटर स्टैक लेंस के प्रभावी परावैद्युत स्थिरांक और सबवेवलेंथ छवि रिज़ॉल्यूशन पर इस सतह खुरदरापन के प्रभाव का भी अध्ययन किया गया है।

बिल्कुल सही लेंस

जब दुनिया को लेंस (प्रकाशिकी) के माध्यम से देखा जाता है, तो छवि की तीक्ष्णता प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित और सीमित होती है। वर्ष 2000 के आसपास, पारंपरिक (अपवर्तक सूचकांक) लेंसों से परे क्षमताओं वाले लेंस बनाने के लिए नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्री का एक स्लैब सिद्धांतित किया गया था। जॉन पेंड्री ने प्रस्तावित किया कि नकारात्मक सूचकांक मेटामेट्री का एक पतला स्लैब एक संपूर्ण लेंस प्राप्त करने के लिए सामान्य लेंस के साथ ज्ञात समस्याओं को दूर कर सकता है जो पूरे स्पेक्ट्रम पर ध्यान केंद्रित करेगा, दोनों तरंग प्रसार के साथ-साथ अपवर्तक तरंग स्पेक्ट्रा।

मेटामेट्री के रूप में चांदी का एक स्लैब प्रस्तावित किया गया था। अधिक विशेष रूप से, ऐसी चांदी की पतली फिल्म को विद्युत चुम्बकीय मेटासुरफेस माना जा सकता है। जैसे ही प्रकाश स्रोत से दूर जाता है (प्रचार करता है), यह एक मनमाना चरण (तरंगें) प्राप्त करता है। एक पारंपरिक लेंस के माध्यम से चरण सुसंगत रहता है, लेकिन क्षणभंगुर तरंगें घातीय कार्य करती हैं। फ्लैट मेटामटेरियल #डबल नेगेटिव मेटामटेरियल्स स्लैब में, सामान्य रूप से सड़ने वाली वाष्पशील तरंगें विपरीत रूप से प्रवर्धक होती हैं। इसके अलावा, जैसे-जैसे वाष्पशील तरंगें अब प्रवर्धित होती हैं, चरण उलट जाता है।

इसलिए, धातु फिल्म मेटामेट्री से मिलकर एक प्रकार का लेंस प्रस्तावित किया गया था। जब इसकी प्लाज्मा आवृत्ति के पास प्रदीप्त किया जाता है, तो लेंस का उपयोग superresolution इमेजिंग के लिए किया जा सकता है जो निकट और दूर के क्षेत्र में तरंग क्षय और ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन के लिए क्षतिपूर्ति करता है। इसके अलावा, वेव प्रसार और वाष्पशील तरंगें दोनों ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन में योगदान करती हैं।

पेंड्री ने सुझाव दिया कि बाएं हाथ के स्लैब सही इमेजिंग की अनुमति देते हैं यदि वे पूरी तरह दोषरहित, प्रतिबाधा मिलान, और उनके अपवर्तक सूचकांक -1 आसपास के माध्यम के सापेक्ष हैं। सैद्धांतिक रूप से, यह एक सफलता होगी कि ऑप्टिकल संस्करण वस्तुओं को नैनोमीटर के रूप में माइनसक्यूल के रूप में हल करता है। पेंड्री ने अनुमान लगाया कि n = -1 के अपवर्तक सूचकांक के साथ डबल नकारात्मक मेटामटेरियल्स (डीएनजी), कम से कम सिद्धांत रूप में कार्य कर सकते हैं, इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देने वाले एक आदर्श लेंस के रूप में जो तरंग दैर्ध्य द्वारा सीमित नहीं है, बल्कि सामग्री की गुणवत्ता से सीमित है।

संपूर्ण लेंस से संबंधित अन्य अध्ययन

आगे के शोध से पता चला कि सही लेंस के पीछे पेंड्री का सिद्धांत बिल्कुल सही नहीं था। क्षणभंगुर तरंग स्पेक्ट्रम के फोकस का विश्लेषण (संदर्भ में 13-21 समीकरण त्रुटिपूर्ण था। इसके अलावा, यह केवल एक (सैद्धांतिक) उदाहरण पर लागू होता है, और यह एक विशेष माध्यम है जो दोषरहित, अप्रकट है और घटक मापदंडों को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

ε(ω) / ε₀=μ(ω) / μ₀=−1, जिसके परिणामस्वरूप n=−1 का ऋणात्मक अपवर्तन होता है

हालाँकि, इस सिद्धांत का अंतिम सहज परिणाम है कि दोनों तरंग प्रसार तरंगें केंद्रित हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्लैब के भीतर एक अभिसरण फोकस (ऑप्टिक्स) और स्लैब से परे एक अन्य अभिसरण (फोकल बिंदु) सही निकला।

यदि DNG ट्रांसमिशन माध्यम का एक बड़ा नकारात्मक सूचकांक है या अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) या विकट हो जाता है: विशेष:खोज/फैलाने वाला, पेंड्री का सही लेंस प्रभाव महसूस नहीं किया जा सकता है। नतीजतन, सही लेंस प्रभाव सामान्य रूप से मौजूद नहीं होता है। उस समय (2001) में FDTD के अनुसार, DNG स्लैब स्पंदित बेलनाकार तरंग से स्पंदित बीम में कनवर्टर की तरह कार्य करता है। इसके अलावा, वास्तव में (व्यावहारिक रूप से), एक डीएनजी माध्यम होना चाहिए और फैलाने वाला और हानिकारक है, जो अनुसंधान या आवेदन के आधार पर वांछनीय या अवांछित प्रभाव हो सकता है। नतीजतन, पेंड्री का सही लेंस प्रभाव डीएनजी माध्यम बनने के लिए डिज़ाइन किए गए किसी भी मेटामेट्री के साथ पहुंच योग्य नहीं है। एक अन्य विश्लेषण, 2002 में,विषय के रूप में दोषरहित, फैलाव रहित DNG का उपयोग करते समय सही लेंस अवधारणा ने इसे त्रुटि में दिखाया। इस विश्लेषण ने गणितीय रूप से प्रदर्शित किया कि क्षणभंगुर तरंगों की सूक्ष्मता, एक भौतिकी स्लैब के लिए प्रतिबंध और अवशोषण ने विसंगतियों और भिन्नताओं को जन्म दिया है जो बिखरे हुए तरंग क्षेत्रों के बुनियादी गणितीय गुणों का खंडन करते हैं। उदाहरण के लिए, इस विश्लेषण में कहा गया है कि अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण), जो फैलाव (ऑप्टिक्स) से जुड़ा हुआ है, व्यवहार में हमेशा मौजूद रहता है, और अवशोषण प्रवर्धित तरंगों को इस माध्यम (DNG) के अंदर सड़ने वाली तरंगों में बदलने की प्रवृत्ति रखता है। 2003 में प्रकाशित पेंड्री की संपूर्ण लेंस अवधारणा का तीसरा विश्लेषण,माइक्रोवेव आवृत्तियों पर नकारात्मक अपवर्तन के हालिया प्रदर्शन का उपयोग कियाविक्ट की पुष्टि के रूप में: सही लेंस की मौलिक अवधारणा की व्यवहार्यता। इसके अलावा, इस प्रदर्शन को प्रयोगात्मक साक्ष्य माना गया था कि एक प्लानर डीएनजी मेटामेट्री ईएम विकिरण के दूर क्षेत्र विकिरण को फिर से फोकस करेगा। हालांकि, सही लेंस को प्रदर्शित नकारात्मक अपवर्तक नमूने की तुलना में पारगम्यता, पारगम्यता (विद्युत चुंबकत्व) और स्प्लिट-रिंग गुंजयमान यंत्र के लिए महत्वपूर्ण रूप से भिन्न मूल्यों की आवश्यकता होगी। यह अध्ययन इस बात से सहमत है कि स्थितियों से कोई भी विचलन जहां ε=µ=−1 का परिणाम सामान्य, पारंपरिक, अपूर्ण छवि में होता है जो घातीय रूप से घटता है, यानी विवर्तन सीमा। नुकसान की अनुपस्थिति में सही लेंस समाधान फिर से व्यावहारिक नहीं है, और विरोधाभासी व्याख्याओं को जन्म दे सकता है।

यह निर्धारित किया गया था कि हालांकि गुंजयमान सतह plasmons इमेजिंग के लिए अवांछनीय हैं, ये सड़ने वाली वाष्पशील तरंगों की वसूली के लिए आवश्यक हैं। इस विश्लेषण से पता चला कि आवधिकता (मेटामैटेरियल्स) का प्रकार के क्षणिक घटकों की वसूली पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इसके अलावा, मौजूदा तकनीकों के साथ फोटोलिथोग्राफी हासिल करना संभव है। संरचित मेटामटेरियल्स में नकारात्मक अपवर्तक सूचकांकों का प्रदर्शन किया गया है। इस तरह की सामग्रियों को ट्यून करने योग्य सामग्री पैरामीटर रखने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है, और इस प्रकार इष्टतम स्थितियों को प्राप्त किया जा सकता है। अतिचालक तत्वों का उपयोग करने वाली संरचनाओं में माइक्रोवेव आवृत्तियों तक के नुकसान को कम किया जा सकता है। इसके अलावा, वैकल्पिक संरचनाओं पर विचार करने से बाएं हाथ की सामग्री का विन्यास हो सकता है जो सबवेवलेंथ फोकसिंग प्राप्त कर सकता है। उस समय ऐसी संरचनाओं का अध्ययन किया जा रहा था।

प्लास्मोन इंजेक्शन योजना नामक मेटामटेरियल्स में नुकसान के मुआवजे के लिए एक प्रभावी दृष्टिकोण हाल ही में प्रस्तावित किया गया है। प्लास्मोन इंजेक्शन योजना सैद्धांतिक रूप से उचित भौतिक नुकसान और शोर की उपस्थिति के साथ अपूर्ण नकारात्मक सूचकांक फ्लैट लेंस पर लागू की गई है साथ ही हाइपरलेंस। यह दिखाया गया है कि प्लास्मोन इंजेक्शन योजना के साथ सहायता प्राप्त अपूर्ण नकारात्मक सूचकांक फ्लैट लेंस भी वस्तुओं के उपविवर्तन इमेजिंग को सक्षम कर सकते हैं जो नुकसान और शोर के कारण अन्यथा संभव नहीं है। हालांकि प्लास्मोन इंजेक्शन योजना मूल रूप से प्लास्मोनिक मेटामेट्रीज के लिए संकल्पित की गई थी,अवधारणा सामान्य है और सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय मोड पर लागू होती है। योजना का मुख्य विचार उचित रूप से संरचित बाहरी सहायक क्षेत्र के साथ मेटामेट्री में हानिपूर्ण मोड का सुसंगत सुपरपोजिशन है। यह सहायक क्षेत्र मेटामेट्री में नुकसान के लिए खाता है, इसलिए मेटामेट्री लेंस के मामले में सिग्नल बीम या ऑब्जेक्ट फील्ड द्वारा अनुभव किए गए नुकसान को प्रभावी ढंग से कम करता है। प्लास्मोन इंजेक्शन योजना को शारीरिक रूप से भी लागू किया जा सकता हैया समतुल्य रूप से डीकोनवोल्यूशन पोस्ट-प्रोसेसिंग विधि के माध्यम से।हालांकि, भौतिक कार्यान्वयन deconvolution की तुलना में अधिक प्रभावी साबित हुआ है। दृढ़ संकल्प का भौतिक निर्माण और एक संकीर्ण बैंडविड्थ के भीतर स्थानिक आवृत्तियों का चयनात्मक प्रवर्धन प्लास्मोन इंजेक्शन योजना के भौतिक कार्यान्वयन की कुंजी है। यह हानि क्षतिपूर्ति योजना विशेष रूप से मेटामटेरियल लेंस के लिए उपयुक्त है क्योंकि इसमें लाभ माध्यम, गैर-रैखिकता, या फोनोन के साथ किसी भी बातचीत की आवश्यकता नहीं होती है। प्लास्मोन इंजेक्शन योजना का प्रायोगिक प्रदर्शन अभी तक आंशिक रूप से नहीं दिखाया गया है क्योंकि सिद्धांत बल्कि नया है।

चुंबकीय तारों के साथ निकट-क्षेत्र इमेजिंग

उच्च प्रदर्शन स्विस रोल (मेटामेट्री) से बना एक प्रिज्म जो एक चुंबकीय फेसप्लेट के रूप में व्यवहार करता है, एक चुंबकीय क्षेत्र वितरण को इनपुट से आउटपुट फेस तक ईमानदारी से स्थानांतरित करता है।

पेंड्री के सैद्धांतिक लेंस को प्रसार तरंगों और निकट और दूर क्षेत्र | निकट-क्षेत्र क्षणिक तरंगों दोनों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। पारगम्यता ε और चुंबकीय पारगम्यता μ से अपवर्तन n का एक सूचकांक प्राप्त होता है। अपवर्तन का सूचकांक यह निर्धारित करता है कि प्रकाश एक सामग्री से दूसरी सामग्री में जाने पर कैसे झुकता है। 2003 में, यह सुझाव दिया गया था कि n=−1 सामग्री और n=+1 सामग्रियों की वैकल्पिक, समानांतर, परतों के साथ निर्मित एक मेटामेट्री, मेटामेट्री लेंस के लिए एक अधिक प्रभावी डिजाइन होगा। यह एक बहु-परत स्टैक से बना एक प्रभावी माध्यम है, जो birefringence, एन प्रदर्शित करता है₂=∞, एन_x= 0। प्रभावी अपवर्तक सूचकांक क्रमशः लंबवत और समांतर (ज्यामिति) हैं।

पारंपरिक लेंस (ऑप्टिक्स) की तरह, जेड-दिशा रोल के ऑप्टिकल अक्ष के साथ होती है। गुंजयमान आवृत्ति (w₀) - 21.3 मेगाहर्ट्ज के करीब - रोल के निर्माण से निर्धारित होता है। भिगोना परतों के अंतर्निहित प्रतिरोध और पारगम्यता के हानिपूर्ण भाग द्वारा प्राप्त किया जाता है।

सीधे शब्दों में कहें, क्योंकि फ़ील्ड पैटर्न को इनपुट से स्लैब के आउटपुट फेस में स्थानांतरित किया जाता है, इसलिए छवि की जानकारी प्रत्येक परत में ले जाया जाता है। यह प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था। सामग्री के द्वि-आयामी इमेजिंग प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए, अक्षर एम के आकार में समानांतर-विरोधी तारों की एक जोड़ी से एक एंटीना का निर्माण किया गया था। इसने चुंबकीय प्रवाह की एक पंक्ति उत्पन्न की, जिससे इमेजिंग के लिए एक विशिष्ट क्षेत्र पैटर्न प्रदान किया गया। इसे क्षैतिज रूप से रखा गया था, और सामग्री, जिसमें 271 स्विस रोल (मेटामेट्री) शामिल थे, को 21.5 मेगाहर्ट्ज पर ट्यून किया गया था, इसके शीर्ष पर रखा गया था। सामग्री वास्तव में चुंबकीय क्षेत्र के लिए एक छवि हस्तांतरण उपकरण के रूप में कार्य करती है। ऐन्टेना के आकार को आउटपुट प्लेन में, पीक इंटेंसिटी के वितरण में और एम को बाध्य करने वाली "घाटियों" दोनों में ईमानदारी से पुन: पेश किया जाता है।

बहुत निकट (क्षणभंगुर) क्षेत्र की एक सुसंगत विशेषता यह है कि विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र काफी हद तक वियुग्मित होते हैं। यह पारगम्यता के साथ विद्युत क्षेत्र और पारगम्यता के साथ चुंबकीय क्षेत्र के लगभग स्वतंत्र हेरफेर की अनुमति देता है। इसके अलावा, यह अत्यधिक एनिस्ट्रोपिक है। इसलिए, EM क्षेत्र के अनुप्रस्थ (लंबवत) घटक जो सामग्री को विकीर्ण करते हैं, जो कि वेववेक्टर घटक k है_x और के_y, अनुदैर्ध्य घटक k से अलग हो गए हैं_z. इसलिए, फ़ील्ड पैटर्न को छवि जानकारी के क्षरण के बिना इनपुट से सामग्री के स्लैब के आउटपुट चेहरे में स्थानांतरित किया जाना चाहिए।

सिल्वर मेटामेट्री के साथ ऑप्टिकल सुपरलेंस

2003 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने दिखाया कि जब वे सिल्वर मेटामेट्री लेंस (ऑप्टिक्स) से गुज़रते हैं तो ऑप्टिकल इवेसेंट तरंगों को बढ़ाया जाएगा। इसे विवर्तन-मुक्त लेंस के रूप में संदर्भित किया गया था। हालांकि एक सुसंगतता (भौतिकी), उच्च-रिज़ॉल्यूशन, छवि का इरादा नहीं था, न ही हासिल किया गया था, क्षणभंगुर क्षेत्र का उत्थान प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था।

2003 तक यह दशकों से ज्ञात था कि इंटरफ़ेस (रसायन विज्ञान) सतहों पर उत्तेजित अवस्थाओं का निर्माण करके वाष्पशील तरंगों को बढ़ाया जा सकता है। हालांकि, पेंड्री के हालिया प्रस्ताव (ऊपर परफेक्ट लेंस देखें) तक वाष्पशील घटकों के पुनर्निर्माण के लिए सतह के प्लास्मों का उपयोग करने की कोशिश नहीं की गई थी। अलग-अलग मोटाई की फिल्मों का अध्ययन करके यह देखा गया है कि उपयुक्त परिस्थितियों में तेजी से बढ़ने वाला संचरण गुणांक होता है। इस प्रदर्शन ने प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान किया कि सुपरलेंसिंग की नींव ठोस है, और उस पथ का सुझाव दिया जो ऑप्टिकल तरंग दैर्ध्य पर सुपरलेंसिंग के अवलोकन को सक्षम करेगा। 2005 में, एक जुटना (भौतिकी), उच्च-रिज़ॉल्यूशन, ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन का उत्पादन किया गया था (2003 के परिणामों के आधार पर)। ऑप्टिकल लिथोग्राफी के लिए चांदी का एक पतला स्लैब (35 एनएम) बेहतर था। उप-विवर्तन-सीमित इमेजिंग, जिसके परिणामस्वरूप रोशनी तरंग दैर्ध्य का छठा हिस्सा होता है। इस प्रकार के लेंस का उपयोग तरंग क्षय की भरपाई करने और निकट और दूर के क्षेत्र में छवियों के पुनर्निर्माण के लिए किया गया था। वर्किंग सुपरलेंस बनाने के पहले के प्रयासों में चांदी की एक स्लैब का इस्तेमाल किया गया था जो बहुत मोटी थी।

ऑब्जेक्ट की इमेज 40 एनएम जितनी छोटी आर-पार ली गई थी। 2005 में ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के लिए इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन की सीमा लाल रक्त कोशिका के व्यास का दसवां हिस्सा थी। सिल्वर सुपरलेंस के साथ इसका परिणाम लाल रक्त कोशिका के व्यास के सौवें हिस्से के रिज़ॉल्यूशन में होता है।

पारंपरिक लेंस, चाहे मानव निर्मित हों या प्राकृतिक, सभी वस्तुओं से निकलने वाली प्रकाश तरंगों को कैप्चर करके और फिर उन्हें झुकाकर छवियां बनाते हैं। मोड़ का कोण अपवर्तन के सूचकांक द्वारा निर्धारित किया जाता है और कृत्रिम नकारात्मक सूचकांक सामग्री के निर्माण तक हमेशा सकारात्मक रहा है। वस्तुएं क्षणभंगुर तरंगों का भी उत्सर्जन करती हैं जो वस्तु का विवरण ले जाती हैं, लेकिन पारंपरिक प्रकाशिकी के साथ अप्राप्य हैं। इस तरह की क्षणभंगुर तरंगें तेजी से क्षय होती हैं और इस प्रकार कभी भी छवि संकल्प का हिस्सा नहीं बनतीं, एक प्रकाशिकी सीमा जिसे विवर्तन सीमा के रूप में जाना जाता है। इस विवर्तन सीमा को तोड़ना, और क्षणभंगुर तरंगों को पकड़ना किसी वस्तु के 100 प्रतिशत सही प्रतिनिधित्व के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है।

इसके अलावा, पारंपरिक लेंस (ऑप्टिक्स) एक विवर्तन सीमा से ग्रस्त हैं क्योंकि EM विकिरण से केवल प्रचार करने वाले घटक (ऑप्टिकल सामग्री द्वारा) प्रेषित होते हैं।गैर-प्रचारक घटक, क्षणभंगुर तरंगें संचरित नहीं होती हैं।इसके अलावा, लेंस जो अपवर्तन के सूचकांक को बढ़ाकर छवि रिज़ॉल्यूशन में सुधार करते हैं, उच्च-सूचकांक सामग्री की उपलब्धता से सीमित होते हैं, और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के पॉइंट बाय पॉइंट सबवेवलेंग्थ इमेजिंग की भी सीमाएं होती हैं जब एक कार्यशील सुपरलेंस की क्षमता की तुलना में। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन और परमाणु बल सूक्ष्मदर्शी का उपयोग अब कुछ नैनोमीटर तक विस्तार से कब्जा करने के लिए किया जाता है। हालांकि, इस तरह के सूक्ष्मदर्शी वस्तुओं को बिंदु से स्कैन करके छवियां बनाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे आम तौर पर निर्जीव नमूनों तक सीमित हैं, और छवि कैप्चर समय में कई मिनट लग सकते हैं।

वर्तमान ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी के साथ, वैज्ञानिक केवल कोशिका के भीतर अपेक्षाकृत बड़ी संरचनाएं बना सकते हैं, जैसे कि इसके नाभिक और माइटोकॉन्ड्रिया। शोधकर्ताओं ने कहा कि एक सुपरलेंस के साथ, ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप एक दिन सूक्ष्मनलिकाएं के साथ यात्रा करने वाले व्यक्तिगत प्रोटीन के आंदोलनों को प्रकट कर सकते हैं, जो एक कोशिका के कंकाल को बनाते हैं। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप एक सेकंड के एक अंश में एक स्नैपशॉट के साथ पूरे फ्रेम को कैप्चर कर सकते हैं। सुपरलेंस के साथ यह जीवित सामग्रियों के लिए नैनोस्केल इमेजिंग खोलता है, जो जीवविज्ञानियों को वास्तविक समय में कोशिका संरचना और कार्य को बेहतर ढंग से समझने में मदद कर सकता है।

टेराहर्ट्ज़ विकिरण और इन्फ्रारेड शासन में चुंबकीय युग्मन की प्रगति ने संभावित मेटामेट्री सुपरलेन्स की प्राप्ति प्रदान की। हालाँकि, निकट क्षेत्र में, सामग्रियों की विद्युत और चुंबकीय प्रतिक्रियाएँ अलग हो जाती हैं। इसलिए, अनुप्रस्थ चुंबकीय (टीएम) तरंगों के लिए, केवल पारगम्यता पर विचार करने की आवश्यकता है। महान धातुएं, फिर सुपरलेंसिंग के लिए प्राकृतिक चयन बन जाती हैं क्योंकि नकारात्मक पारगम्यता आसानी से प्राप्त हो जाती है।

धातु के पतले स्लैब को डिजाइन करके ताकि सतह के वर्तमान दोलन (सतह के प्लास्मोंस) वस्तु से क्षणभंगुर तरंगों से मेल खाते हों, सुपरलेंस क्षेत्र के आयाम को काफी हद तक बढ़ाने में सक्षम है। सुपरलेंसिंग सतह के प्लास्मों द्वारा वाष्पशील तरंगों की वृद्धि का परिणाम है। सुपरलेंस की कुंजी बहुत छोटे पैमाने पर जानकारी ले जाने वाली क्षणभंगुर तरंगों को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाने और पुनर्प्राप्त करने की क्षमता है। यह विवर्तन सीमा के ठीक नीचे इमेजिंग को सक्षम बनाता है। कोई लेंस अभी तक किसी वस्तु द्वारा उत्सर्जित सभी क्षणभंगुर तरंगों को पूरी तरह से पुनर्गठित करने में सक्षम नहीं है, इसलिए 100 प्रतिशत सही छवि का लक्ष्य बना रहेगा। हालांकि, कई वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि एक सही सही लेंस संभव नहीं है क्योंकि हमेशा कुछ ऊर्जा अवशोषण हानि होगी क्योंकि तरंगें किसी भी ज्ञात सामग्री से गुजरती हैं। इसकी तुलना में, चांदी के सुपरलेंस के बिना बनाई गई छवि की तुलना में सुपरलेंस छवि काफी बेहतर है।

50-एनएम फ्लैट चांदी की परत

फरवरी 2004 में, एक मेटामेट्री प्लेट पर आधारित एक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन फोकसिंग सिस्टम ने माइक्रोवेव में सबवेवलेंथ इमेजिंग को पूरा किया। इससे पता चला कि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से बहुत कम दूरी पर अलग-अलग छवियां प्राप्त करना संभव है। इसके अलावा, 2004 में, उप-माइक्रोमीटर निकट-क्षेत्र इमेजिंग के लिए एक चांदी का उपयोग किया गया था। सुपर हाई रेजोल्यूशन हासिल नहीं किया गया था, लेकिन इसका इरादा था। क्षणभंगुर क्षेत्र घटकों के महत्वपूर्ण संवर्द्धन की अनुमति देने के लिए चांदी की परत बहुत मोटी थी।

2005 की शुरुआत में, एक अलग चांदी की परत के साथ फीचर रेजोल्यूशन हासिल किया गया था। हालांकि यह एक वास्तविक छवि नहीं थी, यह इरादा था। पारा दीपक की रोशनी का उपयोग करके 50 एनएम मोटे photoresist में 250 एनएम तक की सघन विशेषता रिज़ॉल्यूशन तैयार की गई थी। सिमुलेशन (FDTD) का उपयोग करते हुए, अध्ययन ने कहा कि निकट क्षेत्र इमेजिंग की एक अन्य विधि के बजाय, सिल्वर लेंस के माध्यम से इमेजिंग के लिए रिज़ॉल्यूशन सुधार की उम्मीद की जा सकती है। इस पूर्व शोध के आधार पर, 50 एनएम प्लेन (ज्यामिति) चांदी की परत का उपयोग करके इन्फ्रारेड में सुपर रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया गया था। फ्राउनहोफर विवर्तन | दूर-क्षेत्र इमेजिंग के लिए विवर्तन सीमा से परे ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन की क्षमता को यहाँ सुपररिज़ॉल्यूशन के रूप में परिभाषित किया गया है।

पिछले प्रायोगिक लेंस स्टैक के पिछले परिणामों की तुलना में छवि निष्ठा में काफी सुधार हुआ है। पतली सिल्वर और स्पेसर परतों का उपयोग करके और लेंस स्टैक की सतह खुरदरापन को कम करके सब-माइक्रोमीटर सुविधाओं की इमेजिंग में बहुत सुधार किया गया है। झंझरी की छवि के लिए सिल्वर लेंस की क्षमता का उपयोग अंतिम रिज़ॉल्यूशन परीक्षण के रूप में किया गया है, क्योंकि एक आवधिक वस्तु की छवि के लिए एक पारंपरिक (दूर क्षेत्र) लेंस की क्षमता के लिए एक ठोस सीमा है - इस मामले में छवि एक विवर्तन है झंझरी। सामान्य-घटना रोशनी के लिए न्यूनतम स्थानिक अवधि जिसे अपवर्तक सूचकांक एन के माध्यम से तरंग दैर्ध्य λ के साथ हल किया जा सकता है λ/n है। इसलिए इस सीमा से नीचे किसी भी (पारंपरिक) दूर-क्षेत्र की छवि में शून्य विपरीतता की उम्मीद की जाएगी, चाहे इमेजिंग प्रतिरोध कितना भी अच्छा क्यों न हो।

यहां (सुपर) लेंस स्टैक का परिणाम 243 एनएम के विवर्तन-सीमित रिज़ॉल्यूशन के कम्प्यूटेशनल परिणाम में होता है। 500 एनएम से 170 एनएम तक की अवधियों के साथ झंझरी का चित्रण किया जाता है, जैसे-जैसे झंझरी अवधि कम होती जाती है, प्रतिरोध में मॉड्यूलेशन की गहराई कम होती जाती है। विवर्तन सीमा (243 एनएम) से ऊपर की अवधि वाले सभी झंझरी अच्छी तरह से हल हो गए हैं।इस प्रयोग के मुख्य परिणाम 200 एनएम और 170 एनएम अवधियों के लिए उप-विवर्तन सीमा की सुपर-इमेजिंग हैं। दोनों ही मामलों में झंझरी हल हो जाती है, भले ही कंट्रास्ट कम हो, लेकिन यह पेंड्री के सुपरलेंसिंग प्रस्ताव की प्रायोगिक पुष्टि देता है। अधिक जानकारी के लिए फ्रेस्नेल संख्या और फ्रेस्नेल विवर्तन देखें

नकारात्मक सूचकांक GRIN लेंस

ग्रेडियेंट इंडेक्स (जीआरआईएन) - मेटामटेरियल्स में उपलब्ध सामग्री प्रतिक्रिया की बड़ी रेंज को बेहतर जीआरआईएन लेंस डिजाइन का नेतृत्व करना चाहिए। विशेष रूप से, चूंकि मेटामेट्री की पारगम्यता और पारगम्यता को स्वतंत्र रूप से समायोजित किया जा सकता है, मेटामेट्री GRIN लेंस संभवतः मुक्त स्थान से बेहतर मिलान कर सकते हैं। GRIN लेंस का निर्माण NIM के एक स्लैब का उपयोग करके y दिशा में अपवर्तन के एक चर सूचकांक के साथ किया जाता है, जो प्रसार z की दिशा के लंबवत होता है।

सुदूर-क्षेत्र सुपरलेंस

2005 में, एक समूह ने फार-फील्ड सुपरलेंस (FSL) कहे जाने वाले एक नए उपकरण का उपयोग करके निकट-क्षेत्र की सीमा को पार करने के लिए एक सैद्धांतिक तरीका प्रस्तावित किया, जो समय-समय पर नालीदार धात्विक स्लैब-आधारित सुपरलेंस को ठीक से डिज़ाइन किया गया है। निकट-क्षेत्र प्रयोगों के बाद अगला कदम उठाते हुए, सुदूर क्षेत्र में इमेजिंग का प्रायोगिक प्रदर्शन किया गया। प्रमुख तत्व को फार-फील्ड सुपरलेंस (FSL) कहा जाता है, जिसमें एक पारंपरिक सुपरलेंस और एक नैनोस्केल कपलर होता है।

दूर-क्षेत्र समय उत्क्रमण के साथ विवर्तन सीमा से परे ध्यान केंद्रित करना

सुदूर क्षेत्र में रखे गए टाइम-रिवर्सल मिरर और फ़ोकसिंग पॉइंट के निकट क्षेत्र में रखे गए स्कैटर के यादृच्छिक वितरण दोनों का उपयोग करके माइक्रोवेव के सबवेवलेंथ फ़ोकसिंग के लिए एक दृष्टिकोण प्रस्तुत किया गया है।

हाइपरलेंस

एक बार नियर-फील्ड इमेजिंग की क्षमता प्रदर्शित हो जाने के बाद, अगला कदम नियर-फील्ड इमेज को दूर-क्षेत्र में प्रोजेक्ट करना था। तकनीक और सामग्रियों सहित इस अवधारणा को हाइपरलेंस कहा जाता है। मई 2012 में, गणना से पता चला कि एक पराबैंगनी (1200-1400 THz) हाइपरलेंस को बोरॉन नाइट्राइड और ग्राफीन की वैकल्पिक परतों का उपयोग करके बनाया जा सकता है। फरवरी 2018 में, एक इन्फ्रारेड | मिड-इन्फ्रारेड (~5-25μm) हाइपरलेंस पेश किया गया था, जो एक अलग-अलग डोप किए गए इंडियम आर्सेनाइड मल्टीलेयर से बना था, जो काफी कम नुकसान की पेशकश करता था। उप-विवर्तन-सीमित इमेजिंग के लिए मेटामेट्री-हाइपरलेंस की क्षमता नीचे दिखाई गई है।

सुदूर क्षेत्र में उप-विवर्तन इमेजिंग

पारंपरिक लेंस (ऑप्टिक्स) के साथ, सुदूर क्षेत्र एक सीमा है जो क्षणभंगुर तरंगों के अक्षुण्ण आने के लिए बहुत दूर है। किसी वस्तु की इमेजिंग करते समय, यह लेंस के ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन को प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के क्रम तक सीमित कर देता है। ये गैर-प्रसार तरंगें उच्च स्थानिक संकल्प के रूप में विस्तृत जानकारी लेती हैं, और सीमाओं को पार करती हैं। इसलिए, दूर क्षेत्र में विवर्तन द्वारा सामान्य रूप से सीमित छवि विवरणों को प्रक्षेपित करने के लिए क्षणभंगुर तरंगों की पुनर्प्राप्ति की आवश्यकता होती है।

संक्षेप में इस जांच और प्रदर्शन के लिए अग्रणी कदम एक अतिशयोक्तिपूर्ण ज्यामिति फैलाव के साथ अनिसोट्रोपिक मेटामेट्री का रोजगार था। इसका प्रभाव ऐसा था कि साधारण क्षणभंगुर तरंगें विकट के साथ फैलती हैं: स्तरित मेटामेट्री की रेडियल दिशा। सूक्ष्म स्तर पर बड़ी स्थानिक आवृत्ति तरंगें धात्विक परतों के बीच युग्मित सतह समतल उत्तेजनाओं के माध्यम से फैलती हैं। 2007 में, इस तरह के अनिसोट्रोपिक मेटामेट्री को एक आवर्धक ऑप्टिकल हाइपरलेंस के रूप में नियोजित किया गया था। हाइपरलेन्स में अर्ध-बेलनाकार गुहा पर जमा पतली चांदी और अल्युमिना (35 नैनोमीटर मोटी पर) का घुमावदार आवधिक ढेर होता है, और क्वार्ट्ज सब्सट्रेट पर बना होता है। रेडियल और स्पर्शरेखा परमिट के अलग-अलग संकेत हैं।

EM विकिरण पर, वस्तु से बिखरा हुआ क्षणभंगुर क्षेत्र अनिसोट्रोपिक माध्यम में प्रवेश करता है और रेडियल दिशा में फैलता है। मेटामेट्री के एक अन्य प्रभाव के साथ, हाइपरलेन्स की बाहरी विवर्तन सीमा-सीमा पर एक आवर्धित छवि उत्पन्न होती है। एक बार जब आवर्धित विशेषता विवर्तन सीमा से (परे) बड़ी हो जाती है, तो इसे एक पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ चित्रित किया जा सकता है, इस प्रकार दूर क्षेत्र में एक उप-विवर्तन-सीमित छवि के आवर्धन और प्रक्षेपण का प्रदर्शन किया जाता है।

हाइपरलेन्स दूर क्षेत्र में एक स्थानिक रिज़ॉल्यूशन उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि पेश करते हुए, अनिसोट्रोपिक माध्यम में बिखरी हुई वाष्पशील तरंगों को प्रसार तरंगों में परिवर्तित करके वस्तु को आवर्धित करता है। इस प्रकार के मेटामटेरियल्स-आधारित लेंस, एक पारंपरिक ऑप्टिकल लेंस के साथ जोड़े जाते हैं, इसलिए सामान्य ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप के साथ पहचाने जाने वाले पैटर्न को बहुत छोटा प्रकट करने में सक्षम होते हैं। एक प्रयोग में, लेंस 150 नैनोमीटर की दूरी पर उकेरी गई दो 35-नैनोमीटर रेखाओं को अलग करने में सक्षम था। मेटामटेरियल्स के बिना, माइक्रोस्कोप ने केवल एक मोटी रेखा दिखाई।

एक नियंत्रण प्रयोग में, लाइन पेयर ऑब्जेक्ट को हाइपरलेंस के बिना इमेज किया गया था। लाइन जोड़ी को हल नहीं किया जा सका क्योंकि (ऑप्टिकल) एपर्चर की विवर्तन सीमा 260 एनएम तक सीमित थी। क्योंकि हाइपरलेंस तरंग सदिशों के एक बहुत व्यापक स्पेक्ट्रम के प्रसार का समर्थन करता है, यह उप-विवर्तन-सीमित रिज़ॉल्यूशन के साथ मनमाने ढंग से वस्तुओं को बढ़ा सकता है।

यद्यपि यह कार्य केवल एक बेलनाकार हाइपरलेंस होने के कारण सीमित प्रतीत होता है, अगला चरण एक गोलाकार लेंस डिजाइन करना है। वह लेंस त्रि-आयामी क्षमता प्रदर्शित करेगा। नियर-फील्ड ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी किसी वस्तु को स्कैन करने के लिए एक टिप का उपयोग करता है। इसके विपरीत, यह ऑप्टिकल हाइपरलेंस एक ऐसी छवि को बड़ा करता है जो उप-विवर्तन-सीमित है। आवर्धित उप-विवर्तन छवि को दूर क्षेत्र में प्रक्षेपित किया जाता है।

ऑप्टिकल हाइपरलेंस अनुप्रयोगों के लिए एक उल्लेखनीय क्षमता दिखाता है, जैसे रीयल-टाइम बायोमोलेक्यूलर इमेजिंग और नैनोलिथोग्राफी। ऐसे लेंस का उपयोग कोशिकीय प्रक्रियाओं को देखने के लिए किया जा सकता है जिन्हें देखना असंभव है। इसके विपरीत, इसका उपयोग फोटोलिथोग्राफी में पहले चरण के रूप में एक फोटोरेसिस्ट पर अत्यंत सूक्ष्म विशेषताओं वाली छवि को प्रोजेक्ट करने के लिए किया जा सकता है, कंप्यूटर चिप्स बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया। हाइपरलेन्स में डीवीडी तकनीक के लिए अनुप्रयोग भी हैं।

2010 में, दृश्यमान आवृत्तियों पर दो आयामी इमेजिंग के लिए एक गोलाकार हाइपरलेन्स को प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था। गोलाकार हाइपरलेंस बारी-बारी से परतों में सिल्वर और टाइटेनियम ऑक्साइड पर आधारित था और इसमें मजबूत अनिसोट्रोपिक हाइपरबोलिक फैलाव था जो दृश्यमान स्पेक्ट्रम के साथ सुपर-रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देता था। दृश्यमान स्पेक्ट्रम में रिज़ॉल्यूशन 160 एनएम था। यह दूर-क्षेत्र में उप-विवर्तन संकल्प को बढ़ाने के एक मजबूत लाभ के साथ सेलुलर और डीएनए स्तर पर जैविक इमेजिंग को सक्षम करेगा।

प्लास्मोन-असिस्टेड माइक्रोस्कोपी

नियर-फील्ड स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप देखें।

=== दृश्य आवृत्ति रेंज === में सुपर-इमेजिंग

2007 में शोधकर्ताओं ने सामग्री का उपयोग करके सुपर इमेजिंग का प्रदर्शन किया, जो नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक बनाता है और दृश्य सीमा में लेंसिंग हासिल की जाती है।

नैनोटेक्नोलॉजी और कीटाणु-विज्ञान में प्रगति को बनाए रखने के लिए ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी में निरंतर सुधार की आवश्यकता है। स्थानिक संकल्प में उन्नति महत्वपूर्ण है। पारंपरिक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी एक विवर्तन सीमा द्वारा सीमित है जो 200 नैनोमीटर (तरंग दैर्ध्य) के क्रम में है। इसका मतलब है कि वायरस, प्रोटीन, डीएनए अणु और कई अन्य नमूनों को एक नियमित (ऑप्टिकल) माइक्रोस्कोप से देखना मुश्किल है। लेंस ने पहले नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक सामग्री, एक पतली विमान (ज्यामिति) सुपरलेंस के साथ प्रदर्शित किया, पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी की विवर्तन सीमा से परे आवर्धन प्रदान नहीं करता है। इसलिए, पारंपरिक विवर्तन सीमा से छोटी छवियां अभी भी अनुपलब्ध होंगी। दृश्य तरंग दैर्ध्य पर सुपर-रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करने वाला एक अन्य दृष्टिकोण हाल ही में चांदी और टाइटेनियम ऑक्साइड वैकल्पिक परतों पर आधारित गोलाकार हाइपरलेंस विकसित किया गया है। इसमें मजबूत अनिसोट्रोपिक हाइपरबोलिक फैलाव है जो वाष्पशील तरंगों को प्रसार तरंगों में परिवर्तित करने के साथ सुपर-रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देता है। यह विधि गैर-प्रतिदीप्ति आधारित सुपर-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग है, जिसके परिणामस्वरूप छवियों और सूचनाओं के पुनर्निर्माण के बिना रीयल-टाइम इमेजिंग होती है।

सुपर रेजोल्यूशन फार-फील्ड माइक्रोस्कोपी तकनीक

2008 तक विवर्तन सीमा को पार कर लिया गया है और 20 से 50 एनएम के पार्श्व इमेजिंग संकल्पों को कई सुपर-रिज़ॉल्यूशन दूर-क्षेत्र माइक्रोस्कोपी तकनीकों द्वारा हासिल किया गया है, जिसमें उत्तेजित उत्सर्जन कमी (एसटीईडी) और इसके संबंधित आरईएसओएलएफटी (प्रतिवर्ती संतृप्त ऑप्टिकल रैखिक फ्लोरोसेंट संक्रमण) शामिल हैं। माइक्रोस्कोपी; संतृप्त संरचित रोशनी माइक्रोस्कोपी (एसएसआईएम); स्टोचैस्टिक ऑप्टिकल पुनर्निर्माण माइक्रोस्कोपी (STORM); फोटोएक्टिवेटेड स्थानीयकरण माइक्रोस्कोपी (पाम); और समान सिद्धांतों का उपयोग करने वाले अन्य तरीके।

समन्वय परिवर्तन के माध्यम से बेलनाकार सुपरलेंस

यह पेंड्री द्वारा 2003 में एक प्रस्ताव के साथ शुरू हुआ। छवि को आवर्धित करने के लिए एक नई डिजाइन अवधारणा की आवश्यकता होती है जिसमें नकारात्मक रूप से अपवर्तक लेंस की सतह घुमावदार होती है। एक सिलेंडर दूसरे सिलेंडर को छूता है, जिसके परिणामस्वरूप एक घुमावदार बेलनाकार लेंस होता है जो बड़े सिलेंडर के बाहर आवर्धित लेकिन अविकृत रूप में छोटे सिलेंडर की सामग्री को पुन: उत्पन्न करता है। मूल पूर्ण लेंस को बेलनाकार, लेंस संरचना में घुमाने के लिए समन्वय परिवर्तनों की आवश्यकता होती है। इसके बाद 2005 में 36-पृष्ठ का वैचारिक और गणितीय प्रमाण दिया गया, कि बेलनाकार सुपरलेन्स क्वासिस्टेटिक प्रक्रिया में काम करता है। सबसे पहले सही लेंस पर बहस पर चर्चा की जाती है। 2007 में, समन्वय परिवर्तन का उपयोग करने वाला एक सुपरलेंस फिर से विषय था। हालाँकि, छवि हस्तांतरण के अलावा अन्य उपयोगी कार्यों पर चर्चा की गई; ट्रांसलेशन, रोटेशन, मिररिंग और इनवर्जन के साथ-साथ सुपरलेंस इफेक्ट। इसके अलावा, आवर्धन करने वाले तत्वों का वर्णन किया गया है, जो मुक्त स्थान सोर्सिंग (वेवगाइड के बजाय) का उपयोग करते हुए इनपुट और आउटपुट दोनों पक्षों पर ज्यामितीय विपथन से मुक्त हैं। ये आवर्धक तत्व निकट और दूर क्षेत्र में भी काम करते हैं, छवि को निकट क्षेत्र से दूर क्षेत्र में स्थानांतरित करते हैं। बेलनाकार आवर्धक सुपरलेन्स को 2007 में दो समूहों, लियू एट अल द्वारा प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया था।और स्मोल्यानिनोव एट अल।

मेटामटेरियल्स के साथ नैनो-ऑप्टिक्स

एक लेंस के रूप में नैनोहोल सरणी

2007 में कार्य ने प्रदर्शित किया कि एक धातु स्क्रीन में नैनो-प्रौद्योगिकी की एक अर्ध-आवधिक सरणी, सबवेवलेंथ स्पॉट (हॉट स्पॉट) बनाने के लिए एक समतल तरंग के इन्फ्रारेड पर ध्यान केंद्रित करने में सक्षम थी। धब्बे के लिए दूरी सरणी के दूसरी तरफ कुछ दसियों तरंग दैर्ध्य थी, या दूसरे शब्दों में, सामान्य घटना के पक्ष के विपरीत। नैनोहोल्स की अर्ध-आवधिक सरणी एक प्रकाश संकेंद्रक के रूप में कार्य करती है।

जून 2008 में, इसके बाद धातु स्क्रीन में अर्ध-क्रिस्टल नैनोहोल की एक सरणी की प्रदर्शित क्षमता का प्रदर्शन किया गया। गर्म स्थानों पर ध्यान केंद्रित करने से अधिक, बिंदु स्रोत की एक छवि को सरणी से कुछ दसियों तरंग दैर्ध्य, सरणी के दूसरी तरफ (छवि विमान) में प्रदर्शित किया जाता है। इसके अलावा इस प्रकार की सरणी ने 1 से 1 रैखिक विस्थापन का प्रदर्शन किया, - बिंदु स्रोत के स्थान से संबंधित, समानांतर, छवि तल पर स्थान। दूसरे शब्दों में, x से x + δx तक। उदाहरण के लिए, अन्य बिंदु स्रोत समान रूप से x' से x' + δx', x^ से x^ + δx^, और x^^ से x^^ + δx^^, और इसी तरह से विस्थापित किए गए थे। एक प्रकाश संकेंद्रक के रूप में कार्य करने के बजाय, यह 1 से 1 पत्राचार के साथ पारंपरिक लेंस इमेजिंग का कार्य करता है, यद्यपि एक बिंदु स्रोत के साथ।

हालांकि, अधिक जटिल संरचनाओं के ऑप्टिकल संकल्प को कई बिंदु स्रोतों के निर्माण के रूप में प्राप्त किया जा सकता है। सामान्य रूप से पारंपरिक लेंसों के संख्यात्मक छिद्रों से जुड़े बारीक विवरण और उज्ज्वल छवि को मज़बूती से उत्पादित किया जा सकता है। इस तकनीक के उल्लेखनीय अनुप्रयोग तब उत्पन्न होते हैं जब पारंपरिक प्रकाशिकी हाथ में लिए गए कार्य के लिए उपयुक्त नहीं होती है। उदाहरण के लिए, यह तकनीक एक्स-रे | एक्स-रे इमेजिंग, या फोटोनिक मेटामटेरियल्स | नैनो-ऑप्टिकल सर्किट आदि के लिए बेहतर अनुकूल है।

नैनोलेंस

2010 में, एक नैनो-वायर ऐरे प्रोटोटाइप, जिसे तीन-आयामी (3डी) मेटामेट्री-नैनोलेंस के रूप में वर्णित किया गया था, जिसमें एक ढांकता हुआ सब्सट्रेट में जमा किए गए बल्क नैनोवायरों का निर्माण और परीक्षण किया गया था।

मेटामटेरियल नैनोलेंस को 20 नैनोमीटर व्यास वाले लाखों नैनोवायरों से बनाया गया था। ये सटीक रूप से संरेखित थे और एक पैकेज्ड कॉन्फ़िगरेशन लागू किया गया था। लेंस नैनो-आकार की वस्तुओं की एक स्पष्ट, उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवि को चित्रित करने में सक्षम है क्योंकि यह छवि बनाने के लिए सामान्य प्रसार ईएम विकिरण और क्षणिक तरंगों दोनों का उपयोग करता है। सुपर-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग को कम से कम λ / 4 के रिज़ॉल्यूशन के साथ, दूर-क्षेत्र में तरंग दैर्ध्य (λ) से 6 गुना अधिक दूरी पर प्रदर्शित किया गया था। यह पिछले अनुसंधान और अन्य निकट क्षेत्र और दूर क्षेत्र इमेजिंग के प्रदर्शन पर एक महत्वपूर्ण सुधार है, जिसमें नीचे चर्चा की गई नैनोहोल सरणियाँ शामिल हैं।

छिद्रपूर्ण धातु फिल्मों के प्रकाश संचरण गुण

2009-12। मेटामेट्री सीमा में छिद्रपूर्ण धातु फिल्मों के प्रकाश संचरण गुण, जहां आवधिक संरचनाओं की इकाई लंबाई ऑपरेटिंग तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत छोटी होती है, का सैद्धांतिक रूप से विश्लेषण किया जाता है।

एक छवि को एक सबवेवलेंग्थ होल के माध्यम से ट्रांसपोर्ट करना

सैद्धांतिक रूप से यह संभव प्रतीत होता है कि एक छोटे सबवेवलेंथ छेद के माध्यम से एक जटिल विद्युत चुम्बकीय छवि को छवि के व्यास से काफी छोटे व्यास के साथ, बिना सबवेवलेंग्थ विवरण खोए संभव है।

नैनोपार्टिकल इमेजिंग - क्वांटम डॉट्स

एक जीवित कोशिका में जटिल प्रक्रियाओं का अवलोकन करते समय, महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं (परिवर्तनों) या विवरणों को अनदेखा करना आसान होता है। यह उन परिवर्तनों को देखते समय अधिक आसानी से हो सकता है जिन्हें प्रकट होने में लंबा समय लगता है और उच्च-स्थानिक-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग की आवश्यकता होती है। हालांकि, हालिया शोध कोशिकाओं के अंदर घंटों या दिनों तक होने वाली गतिविधियों की छानबीन करने के लिए एक समाधान प्रदान करता है, जो संभावित रूप से इन छोटे जीवों में होने वाली आणविक-पैमाने की घटनाओं से जुड़े कई रहस्यों को सुलझाता है।

राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) और राष्ट्रीय एलर्जी और संक्रामक रोग संस्थान (एनआईएआईडी) में काम कर रहे एक संयुक्त शोध दल ने इन धीमी प्रक्रियाओं को प्रकट करने के लिए सेलुलर इंटीरियर को रोशन करने के लिए नैनोकणों का उपयोग करने की एक विधि की खोज की है। एक कोशिका से हजारों गुना छोटे नैनोकणों में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोग होते हैं। प्रकाश के संपर्क में आने पर एक प्रकार का नैनोपार्टिकल जिसे क्वांटम डॉट कहा जाता है, चमकता है। इन अर्धचालक कणों को कार्बनिक पदार्थों के साथ लेपित किया जा सकता है, जो एक वैज्ञानिक द्वारा जांच की जाने वाली कोशिका के हिस्से के भीतर विशिष्ट प्रोटीन को आकर्षित करने के लिए तैयार किए जाते हैं।

विशेष रूप से, क्वांटम डॉट्स कई कार्बनिक रंगों और फ्लोरोसेंट प्रोटीनों की तुलना में अधिक समय तक चलते हैं जो पहले कोशिकाओं के अंदरूनी हिस्सों को रोशन करने के लिए उपयोग किए जाते थे। उनके पास सेलुलर प्रक्रियाओं में परिवर्तन की निगरानी का भी लाभ है, जबकि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी जैसी अधिकांश उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीकें केवल एक पल में जमी हुई सेलुलर प्रक्रियाओं की छवियां प्रदान करती हैं। क्वांटम डॉट्स का उपयोग करते हुए, प्रोटीन की गतिशील गतियों को शामिल करने वाली सेलुलर प्रक्रियाएं अवलोकन योग्य (स्पष्ट) हैं।

अनुसंधान मुख्य रूप से क्वांटम डॉट गुणों को चित्रित करने पर केंद्रित था, उन्हें अन्य इमेजिंग तकनीकों के विपरीत। एक उदाहरण में, क्वांटम डॉट्स को एक विशिष्ट प्रकार के मानव लाल रक्त कोशिका प्रोटीन को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया गया था जो सेल की आंतरिक झिल्ली में नेटवर्क संरचना का हिस्सा बनता है। जब ये प्रोटीन एक स्वस्थ कोशिका में एक साथ जुड़ते हैं, तो नेटवर्क कोशिका को यांत्रिक लचीलापन प्रदान करता है ताकि यह संकीर्ण केशिकाओं और अन्य तंग जगहों के माध्यम से निचोड़ सके। लेकिन जब कोशिका मलेरिया परजीवी से संक्रमित हो जाती है, तो नेटवर्क प्रोटीन की संरचना बदल जाती है।

चूंकि क्लस्टरिंग तंत्र अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, इसलिए इसे क्वांटम डॉट्स के साथ जांचने का निर्णय लिया गया। यदि क्लस्टरिंग की कल्पना करने के लिए एक तकनीक विकसित की जा सकती है, तो मलेरिया संक्रमण की प्रगति को समझा जा सकता है, जिसमें विकास के कई अलग-अलग चरण होते हैं।

अनुसंधान के प्रयासों से पता चला है कि जैसे-जैसे झिल्ली प्रोटीन बंच होते हैं, उनसे जुड़े क्वांटम डॉट्स खुद को क्लस्टर करने के लिए प्रेरित होते हैं और अधिक उज्ज्वल रूप से चमकते हैं, वास्तविक समय अवलोकन की अनुमति देते हैं क्योंकि प्रोटीन की क्लस्टरिंग बढ़ती है। अधिक मोटे तौर पर, अनुसंधान ने पाया कि जब क्वांटम डॉट्स खुद को अन्य नैनोमैटेरियल्स से जोड़ते हैं, तो डॉट्स के ऑप्टिकल गुण प्रत्येक मामले में अनूठे तरीके से बदलते हैं। इसके अलावा, साक्ष्य की खोज की गई थी कि क्वांटम डॉट ऑप्टिकल गुणों को नैनोस्केल पर्यावरण परिवर्तन के रूप में बदल दिया गया है, जिससे कोशिकाओं के अंदर स्थानीय जैव रासायनिक वातावरण को समझने के लिए क्वांटम डॉट्स का उपयोग करने की अधिक संभावना की पेशकश की जाती है।

विषाक्तता और अन्य गुणों पर कुछ चिंताएँ बनी हुई हैं। हालांकि, समग्र निष्कर्ष बताते हैं कि गतिशील सेलुलर प्रक्रियाओं की जांच के लिए क्वांटम डॉट्स एक मूल्यवान उपकरण हो सकते हैं। संबंधित प्रकाशित शोध पत्र से सार (आंशिक रूप से): परिणाम विभिन्न रासायनिक और भौतिक वातावरणों में जैवसंयुग्मित नैनोक्रिस्टल या क्वांटम डॉट्स (QDs) के गतिशील प्रतिदीप्ति गुणों के बारे में प्रस्तुत किए जाते हैं। विभिन्न प्रकार के QD नमूने तैयार किए गए और उनकी तुलना की गई: पृथक व्यक्तिगत QDs, QD समुच्चय, और QDs अन्य नैनोस्केल सामग्रियों से संयुग्मित ...

यह भी देखें

• ध्वनिक मेटामटेरियल्स
• मेटामटेरियल्स का इतिहास
• मेटामेट्री अवशोषक
• मेटामेट्री एंटेना
• मेटामेट्री क्लोकिंग
• नकारात्मक सूचकांक मेटामटेरियल्स
• नॉनलाइनियर मेटामटेरियल्स
• फोटोनिक क्रिस्टल
• फोटोनिक मेटामटेरियल्स
• प्लाज़्मोनिक मेटामेट्रीज़
• भूकंपीय मेटामटेरियल्स

• स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर
• टेराहर्ट्ज़ मेटामटेरियल्स
• आवरण के सिद्धांत
• परिवर्तन प्रकाशिकी
• ट्यून करने योग्य मेटामटेरियल्स
• प्लास्मोनिक लेंस

शैक्षणिक पत्रिकाएँ

• मेटामटेरियल्स (जर्नल)

मेटामटेरियल्स किताबें

• मेटामटेरियल्स हैंडबुक
• मेटामटेरियल्स: भौतिकी और इंजीनियरिंग अन्वेषण

मेटामटेरियल्स वैज्ञानिक

• नादेर एंगेटा
• उल्फ लियोनहार्ट
• जॉन पेंड्री
• व्लादिमीर शालाव
• डेविड आर. स्मिथ (भौतिक विज्ञानी) | डेविड आर. स्मिथ
• सर्गेई त्रेताकोव (वैज्ञानिक)
• रिचर्ड डब्ल्यू ज़िओल्कोव्स्की

संदर्भ

 This article incorporates public domain material from the National Institute of Standards and Technology.

बाहरी संबंध

• "The Quest for the Superlens" by John B. Pendry and David R. Smith. Scientific American. July 2006. PDF Imperial College.
• Subwavelength imaging
• Professor Sir John Pendry at MIT – "The Perfect Lens: Resolution Beyond the Limits of Wavelength'
• "Surface plasmon subwavelength optics" 2009-12-05
• "Superlenses to overcome the diffraction limit"
• "Breaking the diffracion limit" Overview of superlens theory
• "Flat Superlens Simulation" EM Talk
• "Superlens microscope gets up close"
• "Superlens breakthrough"
• "Superlens breaks optical barrier"
• "Materials with negative index of refraction" by V.A. Podolskiy
• "Optimizing the superlens: Manipulating geometry to enhance the resolution" by V.A. Podolskiy and Nicholas A. Kuhta
• "Now you see it, now you don't: cloaking device is not just sci-fi"
• "Initial page describes first demonstration of negative refraction in a natural material"
• "Negative-index materials made easy"
• "Simple 'superlens' sharpens focusing power" – A lens able to focus 10 times more intensely than any conventional design could significantly enhance wireless power transmission and photolithography (New Scientist, 24 April 2008)
• "Far-Field Optical Nanoscopy" by Stefan W. Hell. Vol. 316. Science. 25 May 2007
• "Ultraviolet dielectric hyperlens with layered graphene and boron nitride", 22 May 2012
• Andrei, Mihai (2018-01-04). "New, revolutionary metalens focuses entire visible spectrum into a single point". ZME Science (in English). Retrieved 2018-01-05.