“Nanoboncuk” Süperlensle Süper Çözünürlük


Raşit Gürdilek

Diskteki bilgiyi bile gösteriyor...

Yaratıcı bir teknolojiyle tümüyle dielektrik (elektriği iletmeyen, yalıtkan) metamalzemeden yapılı 3 boyutlu bir “süperlens” ile optik mikroskopların erişebildiği sınırın 5 katı çözünürlükten görüntü elde edildiği açıklandı.

Science dergisinin 12 Ağustos tarihli sayısında yayımlanan çalışmada, milyonlarca “nanoboncuk”  (metrenin milyarda biri ölçeklerde) kullanılarak yapılan yarı küre biçimli süperlens ile bir Blu-ray DVD üzerindeki 100 nanometre genişlikteki yarıklar içine 45 nanometre boyutlarında çizgi ve noktalar halinde kaydedilmiş bilginin bile görüntülenebildiği kaydediliyor. Sıradan mikroskoplarsa bırakın depolanmış bilgiyi, yarıkları bile gösteremiyorlar. Yeni geliştirilen lens ise, yüksek çözünürlüğü sayesinde yarıkların içindeki nokta ve çizgileri, optik ışığı değişen şiddette yansıtmaları nedeniyle görüntüleyebiliyor.   

 Metamalzemeler, doğadaki malzemelerde bulunmayan elektromanyetik özelliklere sahip, ancak ileri ve pahalı tekniklerle üretilebilen malzemeler. Bunlarla negatif kırınım endekslerine sahip olduğu için teker teker atomları bile optik ışıkta gösterebileceği umulan “süperlensler”, ışığı cisimlerin çevresinden dolaştırarak görünmez kılan “görünmezlik pelerinleri”, optik bilgisayarlar vb. hedefleniyor. Ama çoğunda kullanılan metal malzemelere özgü kayıplar bu alanda atılan adımları sınırlıyor. Metal malzeme kayıpları mikrodalga ve terahertz frekanslarında asgariye indirilebiliyor, ama görece yüksek optik (görünür ışık) dalgaboyları aralığında (390-740 nanometre) kayıplar yükseliyor ve pratik kullanıma sekte vuruyor. Dolayısıyla optik dalgaboylarının yarısından (yaklaşık 200 nanometre) daha küçük cisimlerin görüntülenmesi şimdiye kadar mümkün olamıyordu.

  Gerçi son yıllarda dielektrik malzemeler kullanılarak geliştirilen metamalzemelerle belirli bir ilerleme sağlanmış durumda, ama lens ya da pelerinler ya 2 boyutlu yüzeyler ya da bunların katmanlar halinde yerleştirilmesiyle oluşturulan ve sınırlı kullanılabilirlik özelliği taşıyan ürünler olarak geliştirilebilmiş durumda (Bkz: Işığı Ufkun Ötesine Taşımak / s.30-35). Pratik kullanımın karşısına dikilen bir diğer engel de ürünlerin çok sınırlı ve hızla bozulabilen koşullarda işlev görebilmeleri.

İngiltere’deki Bangor Üniversitesi’nden Dr. Zenbo Wang ile Çin’deki Fudan Üniversitesi’nden Prof. Dr. Limin Wu yönetimindeki ekipçe geliştirilen metamalzeme, 15 nanometre çapında titanyum oksit (TiO2) “nanoboncuklar”.

Ekip, bu nanoboncukların milyonlarcasını sulu bir çözelti içinde santrifüj ve ardından yağlı bir katmanla sıkıştırıp kolayca şekil verilebilen bir “katı sıvı” haline getirmiş. Yarı küre biçimi verilebilen ve taban alanıyla yüksekliği ayarlanarak çözünürlüğüyle oynanabilen bu yarımküre, mikroskobun altına, incelenecek malzemenin üzerine yerleştiriliyor.  Süperlens içindeki nano boncuklardan her biri, yarıküre üzerine düşürülen optik ışığı ayrı ayrı saçarak salınan ışık dalgalarını, yayılan dalgalara çevirip odaklıyor.

Görece ucuz hammadde ve üretim maliyetleri nedeniyle nanoboncuk metamalzemenin, potansiyel olarak boya, lazer vb. örnekleri değiştiren araçlar olmaksızın mikroskopide kullanılabileceği ve daha önce görüntülenemeyen mikrop ve virüsleri de görünür kılabileceği için tıpta, ayrıca optik iletişim ağlarında, güneş enerjisi uygulamalarında ve görünmezlik pelerini çalışmalarında kullanılabileceği düşünülüyor. 

KAYNAKLAR

  • 1. “Three-dimensional all-dielectric metamaterial solid immersion lens for subwavelength imaging at visibe frequencies”, Science, 12 Ağustos 2016
  • 2. “Seeing the invisible: Visible light superlens made from nanobeads”, Bangor University, 12 Ağustos 2016
  • 3. “New “Superlens” Produces a Sharper Image”, ScienceAdvances, 12 Ağustos 2016