Физики из Австрии и США изготовили кремниевую металинзу для экстремального ультрафиолета и сфокусировали с ее помощью свет с длиной волны 50 нанометров. Они обошли проблему слабого оптического контраста, найдя условия, при которых показатель преломления кремния существенно меньше единицы и поглощение не слишком велико. Размер пятна в эксперименте был немного меньше микрометра, но в перспективе его можно будет сделать менее ста нанометров, что повысит точность фотолитографии в экстремальном ультрафиолете.

Исследование опубликовано в Science.

Экстремальным (сверхжестким) ультрафиолетом называют диапазон электромагнитного излучения, лежащий между 10 и 121 нанометрами по шкале длин волн (или между 10 и 124 электронвольтами по шкале энергии фотона). Такое излучение очень нужно физикам, чтобы изучать фотоионизацию атомов, молекул и экситонов — в этом же диапазоне лежат переходы в ридберговские состояния у некоторых атомов, а также происходит возбуждение остова в молекулах.

Все это обуславливает сложность создания оптических элементов в области экстремального ультрафиолета — известные материалы рано или поздно перестают быть для него прозрачными по мере уменьшения длины волны, а их показатель преломления стремится к единице. Чтобы как-то с этим бороться, физики пытаются использовать метаматериалы. С помощью металинз ученым удается фокусировать свет с длиной волны около 250 нанометров.

Применение нелинейных метаматериалов сдвинуло эту границу ниже 200 нанометров, но манипулировать экстремальным ультрафиолетом таким способом пока не удается. Причина этого в том, что работа металинз основана на манипуляциях фазой света на наномасштабе. При этом важную роль играет разница между оптической плотностью элементов и среды, в которой они находятся — воздуха или вакуума. Для экстремального ультрафиолета эта разница стремится к нулю.

Группа физиков из Австрии и США под руководством Маркуса Оссиандера (Marcus Ossiander) из Гарвардского университета решила эту проблему радикальным способом.