Исследователи из Гарвардского университета (США) разработали сверхкомпактный плоский объектив, который способен одновременно фиксировать спектральное излучение и асимметрию объекта.

Созданная линза состоит из двух матриц, образованных наноблоками из диоксида титана, на стеклянной подложке. Последняя обеспечивает параллельный захват двух цветных изображений с противоположной хиральностью. В эксперименте ученые продемонстрировали работу объектива на примере экзоскелета жука из вида Chrysina gloriosa.

Ключевой особенностью нового объектива выступает его размер: 3 миллиметра в диаметре при толщине менее человеческого волоса. По словам соавтора работы Вэй Тин Чэня, это позволяет отказаться от громоздкого дорогостоящего оборудования, которое в настоящее время используется для визуализации хиральности и спектрального излучения, и интегрировать линзу с портативным устройством.

Применяться ультратонкий объектив может в различных сферах, где требуется анализ хиральности света. Так, асимметрия характерна для ряда молекул, например аспартама — подсластителя, и медицинских препаратов. Наиболее актуальным своевременное определение хиральности является применительно к талидомиду: в зависимости от версии его молекулы могут как выполнять седативную функцию, так и оказывать разрушительное воздействие на организм беременных женщин, провоцируя тяжелые отклонения в развитии плода.

Ученые разработали новую технологию, на базе которой в будущем можно будет сделать своего рода краску, которая никогда не потускнеет и не выцветет даже под воздействием прямых солнечных лучей. Цвет в данном случае получается при помощи наноструктур на поверхности, которые получили название "плазмонные пиксели". Эти структуры представляют собой крошечные алюминиевые наноантенны, на поверхности которых возникают колеблющиеся с определенной частотой облака свободных электронов, так называемые плазмоны. И частота колебаний плазмонов определяет частоту отражаемого поверхностью света и, следовательно, цвет данного пикселя.

Тимоти Д. Джеймс (Timothy D. James), Пол Мальвани (Paul Mulvaney) и Энн Робертс (Ann Roberts), ученые из университета Мельбурна, продемонстрировали новую структуру плазмонного пикселя, в которой успешно решены несколько основных критических проблем с которыми все время сталкиваются разработчики подобных технологий. Эти проблемы служат причиной ограничения количества возможных цветов, размеров изображения и определяют трудности в получении какого-либо определенного цвета.

Новые плазмонные пиксели имеют структуру, благодаря которой при их помощи можно получить более 2 тысяч цветов и оттенков. Кроме этого, при их помощи можно получить разрешающую способность, которая превышает предел разрешающей способности человеческого глаза. Для демонстрации всего этого ученые создали цветное изображение, размером в 1.5 сантиметра, что существенно превышает размер изображений созданных ранее при помощи похожих технологий. Кроме этого, ученые разработали программный алгоритм, позволяющий рассчитать структуру поверхности с плазмонными пикселями так, чтобы получить наилучшее качество и разрешающую способность создаваемого изображения.

Новые плазмонные пиксели представляют собой микромассивы из алюминиевых наноантенн, каждая из которых выборочно поглощает и отражает лишь свет с определенной длиной волны. Длина каждой наноантенны определяет цвет пикселя, а ширина промежутка между отдельными наноантеннами - насыщенность и яркость создаваемого цвета.

Следует отметить, что плазмонные наноструктуры уже используются достаточно широко в различного рода датчиках, источниках света и в фотогальванических элементах. К материалам, обеспечивающим наиболее сильный плазмонный эффект, относиться золото и серебро, но алюминий является наиболее подходящим материалом для массового производства с точки зрения его доступности и низкой стоимости.

Напомним нашим читателям, что технологии на основе плазмонов считаются весьма перспективными для создания высококачественных дисплеев для телефонов, компьютеров, телевизоров и т.п. Однако, технологии на основе плазмонных пикселей способны создавать лишь статические изображения, которые задаются на этапе производства поверхности и не могут быть изменены в дальнейшем. "Однако и в таком случае у данной технологии имеется масса возможных областей практического применения" - рассказывает Тимоти Д. Джеймс, - "Такое покрытие можно использовать в качестве краски для автомобилей, зданий, рекламных щитов. Кроме этого, при помощи такой плазмонной краски можно будет создавать идентификационные метки, которые будет очень тяжело или невозможно подделать".