Dit is een artikel uit het NRC-archief
Bekijk hele krant

NRC Handelsblad

Natuurkunde

Superlens baant weg voor betere chips en miscroscopen

Met een superlens, bestaande uit niet meer dan een ultradun laagje zilver, is het mogelijk objecten af te beelden die vele malen kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht. Het bestaan van dit soort lenzen was vijf jaar geleden op theoretische gronden voorspeld door de Engelse natuurkundige John Pendry. Die theorie was zeer omstreden. Nu Pendry's gelijk is aangetoond, is de weg vrij voor een reeks toepassingen, van betere optische microscopen tot snellere chips (Science, 22 april).

De kwaliteiten van de superlens berusten op een exotische eigenschap van het zilverlaagje: dat buigt inkomende lichtstralen `de verkeerde kant' op. Buiging van licht aan het grensvlak van twee materialen (bijvoorbeeld lucht en water) treedt op omdat de lichtsnelheid in beide materialen niet hetzelfde is: een lichtstraal loopt daardoor een knik op (denk aan een rietje in een glas water; vanwege die knik lijkt een sloot minder diep dan hij in werkelijkheid is). Het was de Nederlander Willebrord Snell (Snellius) die als eerste afleidde hoe de hoek van inval van het licht en de brekingshoek gekoppeld zijn via de brekingsindex van het materiaal. Die brekingsindex ligt doorgaans tussen 1 en 2 – een uitschieter is bijvoorbeeld diamant met 2,4.

In 2000 werden voor het eerst materialen gefabriceerd met een negatieve brekingsindex. Microgolfstraling die zich daarin voortplantte bleek inderdaad de verkeerde kant op te buigen. John Pendry voorspelde vervolgens dat dit soort materialen tot veel meer in staat was. In materialen met een positieve brekingsindex gaat een deel van de golven die een lichtbron uitzendt verloren. Informatie die in deze elektromagnetische golven besloten ligt (natuurkundigen spreken van het `nabije veld') kan dus niet worden benut om het beeld `aan te scherpen'. Daarom is het oplossend vermogen (de kleinste details die nog te onderscheiden zijn) van een conventionele lens beperkt tot grofweg de helft van de golflengte van het gebruikte licht. Materialen met een negatieve brekingsindex zouden volgens Pendry het nabije veld wél goed kunnen doorgeven.

Precies dat effect hebben Nicholas Fang en zijn collega's van de universiteit van Berkeley nu laten zien. Zij wisten 40 nanometer dikke lijntjes haarscherp af te beelden met een dun en perfect vlak laagje zilver van 35 nanometer. Dat zoiets alleen mogelijk was dankzij de eigenschappen van het zilverlaagje bleek toen ze dit laagje vervingen door een even dun en even vlak laagje plastic: de afgebeelde lijntjes werden opeens vier keer zo dik. Met superlenzen zou het mogelijk moeten zijn om veel meer informatie weg te schrijven op een dvd of cd-rom, of veel fijnere structuren aan te brengen op computerchips.