Эффект сверхразрешения впервые был подтвержден экспериментально. Российские исследователи продемонстрировали, что в анизотропных средах можно наблюдать объекты, размеры которых меньше длины волны. Рассмотрим суть открытия и его значение для микроскопии и приборостроения.
Исследователи из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и Саратовского государственного университета впервые экспериментально подтвердили наличие эффекта сверхразрешения. Это открытие позволяет преодолеть дифракционный предел, который на протяжении веков сдерживал развитие микроскопии, как указано на сайте Российской академии наук.
Как объясняют ученые, дифракционный предел — это физическое ограничение, установленное еще в 1879 году Джоном Рэлеем. Согласно его критерию, невозможно различить объект, если его размер меньше длины волны, используемой для наблюдения. Именно поэтому вирусы (20–200 нм) не поддаются визуализации в обычном оптическом микроскопе, так как длина волны видимого света (400–700 нм) значительно превышает их размеры.
Тем не менее, группа российских физиков установила, что данное правило применимо только в изотропных средах, где свойства волны одинаковы во всех направлениях. В анизотропных средах, где параметры волны варьируются в зависимости от направления, действуют другие законы.
Ключевым открытием стало то, что в анизотропной среде при определенных условиях может образовываться сверхнаправленный луч, который не расширяется при распространении. Это, в свою очередь, приводит к появлению «тени» от объекта, который по всем традиционным законам должен быть невидим.
В своем эксперименте исследователи использовали ферритовую пленку, в которой распространялись спиновые волны (магноны). Они сделали в пленке отверстие диаметром 250 микрометров. При этом длина самой волны была в 3–5.5 раз больше диаметра отверстия. По критерию Рэлея такая волна не должна была создавать никакой тени за отверстием. Тем не менее, в используемой среде существовало направление сверхнаправленного распространения волны, что позволило ученым зафиксировать эффект сверхразрешения — четкую тень от отверстия на значительном расстоянии от него.
Авторы работы отмечают, что эффект актуален для любых волн (световых, радиоволн и т. д.) в анизотропных средах при определенных условиях. Это открытие может произвести революцию в приборостроении. В будущем оно позволит разработать микроскопы нового поколения с беспрецедентной разрешающей способностью. Более того, данная технология найдет свое применение в системах контроля качества в микроэлектронике, машиностроении и медицине, позволяя находить дефекты и детали, которые ранее были скрыты от глаз инженеров и ученых.
Фото: hi-tech.mail.ru
