Фізики виготовили металінзу, яка одночасно генерує і фокусує когерентне випромінювання в області вакуумного ультрафіолету. Для цього вони використовували метаатоми на основі оксиду цинку, що генерують другу гармоніку. Дослідження опубліковано в.
Світло - це поширений інструмент дослідження або впливу на маленькі об'єкти і матеріали. Однак оптичні методи обмежує дифракційна межа, яка не дозволяє стиснути промінь світла в пляму, менше, ніж довжина хвилі. Через цей ефект у мікроскоп неможливо побачити наночастинки й атоми, а оптична літографія не здатна створювати наноструктуровані патерни.
Очевидним виходом з цієї ситуації стало використання випромінювання з меншою довжиною хвилі. На зміну видимому діапазону, таким чином, прийшов ультрафіолетовий. Однак, починаючи приблизно з двох сотень нанометрів, ультрафіолетова оптика зіткнулася з сильним поглинанням випромінювання середовищем, в тому числі і повітрям. Для роботи з таким світлом повітря в приладі має бути відкачане, тому цей діапазон ультрафіолету стали називати вакуумним.
Робота з вакуумним ультрафіолетом (ВУФ) стикається з проблемою втрат на оптичних компонентах і відсутності компактних когерентних джерел. Існує всього кілька матеріалів, здатних пропускати ВУФ, наприклад, фториди кальцію і магнію, але вони порівняно крихкі, що заважає виготовляти з них лінзи. Використання дзеркальної оптики вирішує цю проблему, але значно збільшує обсяг і складність ВУФ-систем. Ті ж труднощі відчуває генерація лазерного світла у ВУФ-діапазоні. Поки для цього використовують або громіздкі ексімерні лазери, або генерацію вищих гармонік у кристалах і газах, сильно обмежену вимогами фазового синхронізму на ВУФ-частотах.
Мін Лунь Тсен (Ming Lun Tseng) з Національного університету Ян-Мін з колегами Гонконгу, США і Тайваню застосували зовсім інший підхід для одночасного вирішення обох цих проблем. Вони створили компактну нелінійну металінзу, яка одночасно генерувала когерентне ВУФ-випромінювання і фокусувала його в точку. Таким способом випромінювання вдалося стиснути в пляму розміром трохи менше двох мікрометрів.
Пучок паралельного світла починає фокусуватися або розфокусуватися тоді, коли його хвильовий фронт з плоского стає сферичним (таким, що сходиться або розходиться). Для цього фаза хвилі повинна по різному змінитися залежно від відстані до осі пучка. У звичайних лінзах цього домагаються за допомогою змінної товщини. Металінза працює за іншим принципом: в ній за фазові властивості ділянки хвильового фронту відповідають її окремі елементи - метаатоми.
У роботі фізиків у ролі метаатомів виступали наночастинки оксиду цинку, виконані у вигляді трикутної призми товщиною 150 нанометрів і стороною 205 нанометрів, на поверхні скляної підкладки. Такі структури мали незвичайні нелінійні властивості: вони подвоювали частоту падаючого на них світла, якщо той володів довжиною хвилі 394 нанометра і круговою поляризацією. Вихідне з метаатомів випромінювання мало протилежну поляризацію і довжину хвилі 197 нанометрів, а фаза хвилі залежала від орієнтації нанопризми на підкладці. Фізики використовували останню властивість і розташували 8400 метаатомів на підкладці діаметром 45 мікрометрів таким чином, щоб сформувати хвильовий фронт.
Вимірювання характеристик світла, створеного металінзою, показало, що вона фокусує ВУФ-випромінювання в пляму діаметром 1,7 мікрометра і протяжністю вздовж осі 25 мікрометрів. Ці значення виявилися дещо більшими за розрахункові: 0,64 мікрометра та 15 мікрометрів, відповідно. Крім того, фокусування збільшувало інтенсивність світла в найяскравіших пікселях у 21 раз замість розрахункових 100. Автори пов'язали це з дефектами, що виникли при виготовленні металінзи, а також неідеально плоскою хвилею накачування. Тим не менш, навіть з такими дефектами створена металінза вже може бути інтегрована в існуючі системи, що використовуються в біомедицині, матеріалознавстві та нанолітографії.
Металінзи і композитні лінзи дозволяють фізикам працювати в безлічі відомих електромагнітних діапазонах. Крім ультрафіолету мова йде про інфрачервоний, видимий і рентгенівський діапазони.