スーパーレンズ

スーパーレンズ（またはスーパーレンズ）は、メタマテリアルを用いて回折限界を超えるレンズです。回折限界は、従来のレンズや顕微鏡の特性であり、照明波長と対物レンズの開口数（NA）に応じて解像度の精度が制限されます。何らかの方法で回折限界を超えるレンズ設計は数多く提案されていますが、いずれも制約や障害に直面しています。[ 1 ]

歴史

1873年、エルンスト・アッベは、従来のレンズでは画像の細部を捉えることができないという報告をしました。スーパーレンズは、そのような細部を捉えることを目的としています。従来のレンズのこの限界は、生物学の進歩を阻害してきました。これは、ウイルスやDNA分子を従来の最高倍率の顕微鏡で解像できないためです。この限界は、自然環境における生細胞の微小管に沿って移動する細胞タンパク質の微細なプロセスにも及びます。さらに、コンピュータチップと関連するマイクロエレクトロニクスは、ますます小型化が進んでいます。これには特殊な光学機器が必要ですが、従来のレンズを使用するため、これも限界があります。したがって、スーパーレンズの原理は、DNA分子や細胞タンパク質のプロセスを画像化し、さらに小型のコンピュータチップやマイクロエレクトロニクスの製造を支援する可能性を秘めていることを示しています。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

従来のレンズは、伝播する光波のみを捉えます。これは、光源または物体からレンズ、あるいは人間の目へと伝わる光波です。これは遠方場として研究することもできます。一方、スーパーレンズは、伝播する光波と物体表面上に留まる光波を捉えます。これらは遠方場と近方場の両方として研究することもできます。[ 6 ] [ 7 ]

20世紀初頭、デニス・ガボールは「スーパーレンズ」という用語を、全く異なるもの、すなわち複合レンズレットアレイシステムを指すために使用しました。[ 8 ]

理論

双眼顕微鏡は従来型の光学系です。空間分解能は200ナノメートル強の回折限界によって制限されます。

イメージ形成

試料をナノメートル分解能で観察するために用いられる、一般的に用いられる金属ナノプローブの模式図と画像。3つのナノプローブの先端は100ナノメートルであることに注目してください。[ 4 ]

物体の画像とは、その物体の特徴を具体的または目に見える形で表現したものと定義できます。画像形成には、電磁放射場との相互作用が不可欠です。さらに、特徴の詳細レベル、すなわち画像解像度は、放射の波長によって制限されます。例えば、光学顕微鏡では、画像の生成と解像度は可視光の波長に依存します。しかし、スーパーレンズを用いることで、この制限はなくなり、新たな種類の画像を生成することができます。[ 9 ]

電子ビームリソグラフィーはこの解像度の限界を克服することができます。一方、光学顕微鏡では200ナノメートル強の値に制限されるため、この限界を克服することはできません。[ 4 ]しかし、光学顕微鏡と組み合わせた新しい技術により、特徴解像度の向上が可能になり始めています（以下のセクションを参照）。

解像度の障壁によって制約されるという定義の一つは、光の波長の半分で解像度がカットオフされることです。可視スペクトルの範囲は390ナノメートルから750ナノメートルです。その中間にある緑色光は約500ナノメートルです。顕微鏡検査では、レンズの口径、物体からレンズまでの距離、観察対象物質の屈折率などのパラメータが考慮されます。これらの組み合わせによって、解像度のカットオフ、つまり顕微鏡の光学限界が定義され、200ナノメートルまでとなります。したがって、文字通り「通常の」光波を用いて物体の像を構築する従来のレンズは、エバネッセント波に含まれる物体の非常に微細で微細な詳細を生成する情報を捨ててしまいます。これらの寸法は200ナノメートル未満です。このため、顕微鏡などの従来の光学系では、個々のウイルスやDNA分子など、非常に小さなナノメートルサイズの構造や生体内のナノメートルサイズの生物を正確に画像化することができませんでした。[ 4 ] [ 5 ]

標準的な光学顕微鏡 (明視野顕微鏡) の限界は、次の 3 つの領域にあります。

特に生きた生物細胞は、細胞の内部構造がほとんど無色透明であるため、一般的にコントラストが不十分で、研究を成功させることができません。コントラストを高める最も一般的な方法は、選択的色素を用いて様々な構造を染色することですが、これはしばしば標本の死滅と固定を伴います。染色によって、標本の加工処理によって生じた、標本の本来の特徴ではない構造上の細部、すなわちアーティファクトが生じることもあります 。

従来のレンズ

DVD （デジタル多用途ディスク）。データ転送にはレーザーが用いられます。

従来のガラスレンズは、社会全体と科学の分野に広く普及しています。様々な波長の光と相互作用するため、光学の基本的なツールの一つとなっています。同時に、光の波長は、通常の画像を描く際に使用する鉛筆の太さに例えることができます。この限界は、様々な形で影響を与えます。例えば、デジタルビデオシステムで使用されるレーザーは、レーザーの波長よりも小さい情報をDVDから読み取ることができません。これがDVDの記憶容量を制限しています。[ 10 ]

したがって、物体が光を放射または反射する場合、この現象に関連する2種類の電磁放射が発生します。これらは近接場放射と遠方場放射です。説明からもわかるように、遠方場放射は物体の外側へ放射されます。そして、従来のガラスレンズによって容易に捕捉・操作されます。しかし、有用な（ナノメートルサイズの）解像度の詳細は、近接場に隠れているため、観察されません。これらの詳細は局在したまま、発光物体に非常に近い場所に留まり、移動できず、従来のレンズでは捕捉できません。高解像度を実現するために近接場放射を制御することは、自然界では容易に得られない新しい種類の材料によって実現できます。これらの材料は、原子や分子の単位から特性を得る結晶などの一般的な固体とは異なります。メタマテリアルと呼ばれるこの新しい材料クラスは、人工的に大きくした構造から特性を得ています。これにより、光の波長によって課せられる限界を超える画像の詳細を可能にする、新しい特性と新しい応答がもたらされました。[ 10 ]

サブ波長イメージング

「エレクトロコンポーザー」は、マスク描画用に設計された電子ビームリソグラフィー装置（電子顕微鏡）です。1970年代初頭に開発され、1970年代半ばに導入されました。

そのため、生きた生物細胞の相互作用を自然環境下でリアルタイムに観察したいという要望が高まり、サブ波長イメージングの必要性が高まっています。サブ波長イメージングとは、可視光の波長以下の物体や生物の詳細を観察できる光学顕微鏡と定義できます（前述のセクションの議論を参照）。言い換えれば、200ナノメートル以下の波長をリアルタイムで観察できるということです。光学顕微鏡は、日常の光が伝送媒体となるため、非侵襲的な手法と技術です。光学顕微鏡における光学限界（サブ波長）以下のイメージングは​​、原理的には細胞レベル、そしてナノメートルレベルまで実現可能です。

例えば、2007年には、従来の光学レンズと組み合わせたメタマテリアルベースのレンズが可視光を操作し、通常の光学顕微鏡では観察できないほど小さな（ナノスケールの）パターンを観察できる技術が実証されました。これは、生細胞全体の観察だけでなく、タンパク質や脂肪が細胞内外にどのように移動するかといった細胞プロセスの観察にも応用できる可能性があります。技術分野では、より小型のコンピュータチップの製造に不可欠なフォトリソグラフィーやナノリソグラフィーの初期段階を改善するために活用できる可能性があります。[ 4 ] [ 11 ]

波長サブでの焦点合わせは、観察対象物上の、使用する光子の波長よりも小さい特徴を可視化することを可能にする独自の画像化技術となっている。光子は光の最小単位である。以前は物理的に不可能と考えられていた波長サブの画像化は、メタマテリアルの開発によって可能になった。これは通常、スーパーレンズとして機能する数原子の厚さの金や銀などの金属層、または1次元および2次元のフォトニック結晶を用いて実現される。[ 12 ] [ 13 ]以下のセクションで説明する伝搬波、エバネッセント波、近接場画像化、遠方場画像化の間には微妙な相互作用がある。[ 4 ] [ 14 ]

初期のサブ波長イメージング

メタマテリアルレンズ（スーパーレンズ）は、各インスタンスに負の屈折率を生成することで、ナノメートルサイズの画像を再構成することができます。これにより、急速に減衰するエバネッセント波が補正されます。メタマテリアル以前にも、超解像顕微鏡を実現するための数多くの技術が提案され、実証されていました。1928年には、アイルランドの物理学者エドワード・ハッチンソン・シングが、後に近接場走査型光学顕微鏡となるアイデアを考案し、開発したとされています。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

1974年に二次元製造技術の提案が発表された。これらの提案には、適切な平面基板上にレリーフパターンを作成するためのコンタクトイメージング、フォトリソグラフィー、電子ビームリソグラフィー、X線リソグラフィー、イオン衝撃などが含まれていた。 [ 18 ]メタマテリアルレンズとさまざまなリソグラフィーに共通する技術目標は、露光光の真空波長よりもはるかに小さい寸法の特徴を光学的に解像することである。 [ 19 ] [ 20 ] 1981年には、青色光（400 nm ）を用いた平面（平坦）な超微細金属パターンのコンタクトイメージングの2つの異なる技術が実証された。1つの実証では100 nmの画像解像度が、もう1つでは50～70 nmの解像度が得られた。[ 20 ]

1995年、ジョン・ゲラは50nmの線と間隔を持つ透明な格子（「メタマテリアル」）と従来の顕微鏡の液浸対物レンズを組み合わせた。その結果生まれた「スーパーレンズ」は、同じく50nmの線と間隔を持つシリコン試料を解像することができ、空気中の650nm波長の照明による古典的な回折限界をはるかに超える解像力を実現した。[ 21 ]

少なくとも1998年以降、近接場光リソグラフィーはナノメートルスケールの特徴を形成するために設計されました。この技術の研究は、2000年から2001年にかけて初めて実験的に実証された負の屈折率を持つメタマテリアルの出現により継続されました。新世紀初頭には、電子ビームリソグラフィーのナノメートルスケール応用における有効性も研究されていました。インプリントリソグラフィーは、ナノメートルスケールの研究と技術において望ましい利点を持つことが示されました。[ 19 ] [ 22 ]

高度な深紫外線フォトリソグラフィーは現在、100nm未満の解像度を実現していますが、最小パターンサイズとパターン間隔は光の回折限界によって決定されます。この回折限界を克服するために、エバネッセント近接場リソグラフィー、近接場干渉リソグラフィー、位相シフトマスクリソグラフィーなどの派生技術が開発されました。[ 19 ]

2000年にジョン・ペンドリーは、光の波長以下の焦点を合わせるためにナノメートル規模の画像化を実現するためにメタマテリアルレンズの使用を提案した。[ 1 ] [ 23 ]

回折限界の解析

完全レンズの本来の問題：光源から放射される電磁場の一般的な展開は、伝搬波と近接場波またはエバネッセント波の両方から構成される。S偏光の電界を持つ2次元線源の例では、伝搬成分とエバネッセント成分からなる平面波が界面に平行に進む。[ 24 ]伝搬波とより小さなエバネッセント波の両方が媒質界面に平行に進むため、エバネッセント波は伝搬方向に減衰する。通常の（正屈折率の）光学素子は伝搬成分を再集束させることができるが、指数関数的に減衰する不均一成分は常に失われ、像への集束における回折限界につながる。[ 24 ]

スーパーレンズは、波長以下の画像化が可能なレンズであり、近接場光線の拡大を可能にします。従来のレンズは、いわゆる回折限界のために、1波長程度の解像度しかありません。この限界は、可視光の波長よりもはるかに小さい個々の原子など、非常に小さな物体の画像化を妨げます。スーパーレンズは回折限界を克服することができます。一例として、ペンドリーが最初に説明したレンズがあります。これは、負の屈折率を持つ材料の板を平面レンズとして使用しています。理論上、完璧なレンズは完璧な焦点を結べます。つまり、光源面の電磁場を像面で完璧に再現できるということです。

解像度の制限としての回折限界

従来のレンズの性能限界は回折限界によるものです。Pendry (2000) によれば、回折限界は次のように理解できます。物体とレンズをZ軸に沿って配置し、物体からの光線が+Z方向に進むとします。物体から放射される場は、角度スペクトル法を用いて平面波の重ね合わせとして表すことができます。

ここで はの関数です:

エネルギーは+ Z方向へ向かうため、正の平方根のみが取られる。像の角度スペクトルの実数成分はすべて透過され、通常のレンズによって再集光される。しかし、

すると虚数波となり、波はエバネッセント波となり、Z軸に沿って伝播するにつれて振幅が減衰します。その結果、波の高角周波数成分が失われます。この成分には、撮像対象物の高周波（小規模）特徴に関する情報が含まれています。得られる最高解像度は、波長で次のように表すことができます。

スーパーレンズは限界を克服します。ペンドリー型スーパーレンズは屈折率n =−1（ε=−1、μ=−1）を持ち、このような材料では、+ z方向へのエネルギー輸送には波数ベクトルのz成分の符号が逆になる必要があります。

角周波数が大きい場合、エバネッセント波は成長するので、適切なレンズ厚であれば、角スペクトルのすべての成分が歪みなくレンズを透過します。エバネッセント波は成長方向にエネルギーを運ばないため、エネルギー保存則は問題になりません。ポインティングベクトルは成長方向と垂直に向いています。完全なレンズ内の進行波の場合、ポインティングベクトルは位相速度と反対方向を向きます。[ 3 ]

負の屈折率の影響

a) 真空中から波が正屈折率の物質に入射するとき。b) 真空中から負屈折率の物質に波が入射するとき。c) n =−1 の物体の前に物体を置くと、その物体からの光は屈折し、レンズ内で一度焦点を結び、レンズ外で一度焦点を結びます。これにより、波長以下のイメージングが可能になります。

通常、波が2つの物質の界面を通過するとき、波は法線の反対側に現れます。しかし、界面が正の屈折率を持つ物質と負の屈折率を持つ別の物質の間である場合、波は法線と同じ側に現れます。ペンドリーの理想のレンズは、n = −1の平坦な物質です。このようなレンズは、通常は回折限界によって減衰する近接場光線をレンズ内で一度、レンズ外で一度集束させることを可能にし、波長以下の画像化を可能にします。[ 25 ]

開発と建設

スーパーレンズの構築はかつて不可能だと考えられていた。2000年にペンドリーは左手系の材料の単純な板で十分だと主張した。[ 26 ]しかし、負の誘電率と透磁率の両方を持つメタマテリアルを製造するのは簡単ではないため、そのようなレンズの実験的実現にはもう少し時間を要した。実際、そのような材料は自然には存在せず、必要なメタマテリアルの構築は簡単ではない。さらに、材料のパラメータは非常に敏感である（屈折率は -1 に等しくなければならない）ことが示されており、小さな偏差でサブ波長分解能が観測できなくなる。[ 27 ] [ 28 ]多くの（提案されている）スーパーレンズの実装が依存するメタマテリアルの共鳴特性により、メタマテリアルは高度に分散している。材料パラメータに対するスーパーレンズの敏感な特性により、メタマテリアルに基づくスーパーレンズの使用可能な周波数範囲は限られている。この初期の理論的なスーパーレンズ設計は、波の減衰を補正し、近接場における像を再構成するメタマテリアルで構成されていました。伝播波とエバネッセント波の両方が像の解像度に寄与する可能性があります。[ 1 ] [ 23 ] [ 29 ]

ペンドリーはまた、負のパラメータを1つだけ持つレンズは、距離が非常に短く、光源の偏光が適切であれば、近似的にスーパーレンズを形成できると示唆した。可視光の場合、これは有用な代替手段となる。なぜなら、可視光の周波数で負の透磁率を持つメタマテリアルを設計するのは困難だからである。金属は負の誘電率を持つ（ただし、透磁率は負ではない）ため、良い代替材料となる。ペンドリーは、動作波長（356 nm）における損失が比較的低いことから、銀の使用を提案した。2003年、ペンドリーの理論はRF/マイクロ波周波数で初めて実験的に実証された[ 13 ]。2005年には、2つの独立したグループがペンドリーのレンズを紫外線領域で検証した。どちらのグループも、薄い銀層を紫外線で照射し、波長よりも小さな物体の「写真」を作成した。[ 30 ] [ 31 ]可視光の負の屈折は、2003年にイットリウムオルトバナデート（YVO 4 ）双結晶で実験的に検証されました。 [ 32 ]

マイクロ波用のシンプルなスーパーレンズ設計では、平行導線の配列を使用できることが発見されました。 [ 33 ]この構造はMRI画像の解像度を向上させることができることが示されました。

2004年に、負の屈折率を持つ最初のスーパーレンズが回折限界の3倍の解像度を提供し、マイクロ波周波数で実証されました。[ 34 ] 2005年に、最初の近接場スーパーレンズがN.Fangらによって実証されましたが、レンズは負の屈折に依存していませんでした。代わりに、薄い銀フィルムを使用して、表面プラズモン結合によりエバネッセントモードを強化しました。[ 35 ] [ 36 ]ほぼ同時期に、メルヴィルとブレイキーが近接場スーパーレンズに成功しました。他のグループもそれに続きました。[ 30 ] [ 37 ] 2008年には、スーパーレンズ研究の2つの進展が報告されました。[ 38 ] 2番目のケースでは、多孔質酸化アルミニウムに電気化学的に堆積された銀ナノワイヤからメタマテリアルが形成されました。この材料は負の屈折を示しました。[ 39 ]このような等方性負誘電率スラブレンズの結像性能も、スラブの材質と厚さに関して分析された。[ 40 ]誘電テンソル成分が反対の符号である平面一軸異方性レンズによるサブ波長結像の機会も、構造パラメータの関数として研究されている。[ 41 ]

スーパーレンズは、可視光や近赤外域ではまだ実証されていない。[ 35 ]さらに、分散材料であるため、単一波長でしか機能しない。提案されている解決策としては、金属誘電体複合材料（MDC）[ 42 ]と多層レンズ構造[ 43 ]がある。多層スーパーレンズは、単層スーパーレンズよりもサブ波長分解能に優れているようだ。多層システムでは損失はそれほど懸念されないが、インピーダンス不整合のため、今のところ実用的ではないようだ。[ 35 ]

ナノファブリケーション技術の進歩はナノ構造の製造における限界を押し広げ続けているが、表面粗さはナノフォトニックデバイスの設計において依然として避けられない懸念事項である。この表面粗さが、金属-絶縁体多層膜スタックレンズの実効誘電率およびサブ波長画像解像度に与える影響についても研究されている。 [ 44 ]

近赤外線で動作する全誘電体サブ波長メタサーフェス集光レンズは、シャラエフグループとレイセオンチームによって共同で実証されました。[ 45 ]このレンズは現在、レイセオンの防衛システム製品に使用されています。

完璧なレンズ

従来のレンズを通して世界を観察する場合、像の鮮明さは光の波長によって決まり、その波長に制限されます。2000年頃、負の屈折率を持つメタマテリアルの薄板を用いることで、従来の（正の屈折率を持つ）レンズを超える性能を持つレンズを作れるという理論が提唱されました。ペンドリーは、負の屈折率を持つメタマテリアルの薄板を用いることで、一般的なレンズの既知の問題を克服し、伝播スペクトルとエバネッセントスペクトルの両方を含むスペクトル全体を集光する「完璧な」レンズを実現できるのではないかと提唱しました。[ 1 ] [ 46 ]

メタマテリアルとして銀の板が提案された。より具体的には、このような銀薄膜はメタ表面とみなすことができる。光が光源から遠ざかる（伝播する）につれて、任意の位相を獲得する。従来のレンズを通して見ると、位相は一定のままであるが、エバネッセント波は指数関数的に減衰する。平坦なメタマテリアルDNG板では、通常減衰するエバネッセント波が逆に増幅される。さらに、エバネッセント波が増幅されると、位相が反転する。[ 1 ]

そこで、金属薄膜メタマテリアルからなるレンズの一種が提案されました。このレンズは、プラズマ周波数​​付近で照射されると、波の減衰を補正し、近接場における画像を再構成する超解像イメージングに使用できます。さらに、伝播波とエバネッセント波の両方が画像の解像度に寄与します。[ 1 ]

ペンドリーは、左手系のスラブが完全に無損失で、インピーダンス整合がとれており、周囲の媒質に対する屈折率が-1であれば、「完全な結像」が可能になると示唆した。理論的には、これは光学版がナノメートル単位の微小な物体を解像できるという点で画期的な進歩となるだろう。ペンドリーは、屈折率n=-1の二重負性メタマテリアル（DNG）が、少なくとも原理的には「完全なレンズ」として機能し、波長ではなく材料の品質によって制限される結像解像度を可能にすると予測した。[ 1 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]

完璧なレンズに関するその他の研究

さらなる研究により、ペンドリーの完全レンズ理論は必ずしも正確ではないことが示されました。エバネッセントスペクトルの集束に関する解析（参考文献[ 1 ]の式13～21 ）には欠陥がありました。さらに、これは（理論上の）1つの例にのみ当てはまり、それは損失がなく非分散性の特定の媒質であり、その構成パラメータは次のように定義されます。[ 46 ]

ε(ω) / ε 0 =μ(ω) / μ 0 =−1、その結果、n=−1 の負の屈折が生じます。

しかし、伝播波と減衰波の両方が焦点を合わせられ、その結果、スラブ内に収束する焦点と、スラブの向こう側に別の収束点（焦点）が生じるというこの理論の最終的な直感的な結果は正しいことが判明した。[ 46 ]

DNGメタマテリアル媒質が大きな負の屈折率を持つか、損失性または分散性を持つ場合、ペンドリーの完全なレンズ効果は実現できません。その結果、完全なレンズ効果は一般には存在しません。当時（2001年）のFDTDシミュレーションによると、DNGスラブはパルス円筒波からパルスビームへの変換器のように機能します。さらに、現実には（実際には）、DNG媒質は分散性と損失性を持つ必要があり、研究や用途に応じて望ましい効果にも望ましくない効果にもなり得ます。その結果、ペンドリーの完全なレンズ効果は、DNG媒質として設計されたメタマテリアルでは実現できません。[ 46 ]

2002年に行われた別の分析[ 24 ]では、損失や分散のないDNGを対象とする完全レンズ概念が誤りであることが示されました。この分析は、エバネッセント波の微妙な性質、有限の板への制限、そして吸収が、散乱波場の基本的な数学的性質に反する不整合や発散につながることを数学的に実証しました。例えば、この分析では、分散と関連する吸収は実際には常に存在し、吸収はこの媒質（DNG）内で増幅された波を減衰する波に変換する傾向があると述べられています。[ 24 ]

2003年に発表されたペンドリーの完全レンズ概念に関する3番目の分析[ 50 ]では、マイクロ波周波数における負の屈折の最近の実証[ 51 ]を用いて、完全レンズの基本概念の実現可能性を確認した。さらに、この実証は、平面DNGメタマテリアルが点光源の遠方場放射を再集束させるという実験的証拠であると考えられていた。しかし、完全レンズは、実証された負の屈折サンプルとは大きく異なる誘電率、透磁率、および空間周期性の値を必要とする。[ 50 ] [ 51 ]

この研究は、ε=μ=−1の条件からの逸脱は、通常の、従来の、不完全な像をもたらし、指数関数的に劣化する、すなわち回折限界に達するという点で一致している。損失のない完全なレンズ解もまた、現実的ではなく、逆説的な解釈につながる可能性がある。[ 24 ]

共鳴表面プラズモンはイメージングには望ましくないものの、減衰するエバネッセント波の回復には不可欠であることが判明した。この解析により、メタマテリアルの周期性が様々なエバネッセント成分の回復に大きな影響を与えることが明らかになった。さらに、現在の技術ではサブ波長分解能の達成は可能である。構造化メタマテリアルでは負の屈折率が実証されている。このような材料は、材料パラメータを調整できるように設計することで、最適な状態を実現できる。超伝導素子を用いた構造では、マイクロ波周波数までの損失を最小限に抑えることができる。さらに、代替構造を検討することで、サブ波長集束を実現できる左手系材料の構成が生まれる可能性がある。当時、そのような構造が研究されていた。[ 24 ]

プラズモン注入方式と呼ばれる、メタマテリアルの損失を補償するための効果的な方法が最近提案されました。[ 52 ]プラズモン注入方式は、適度な材料損失がありノイズが存在する不完全な負の屈折率を持つ平面レンズに理論的に適用されています[ 53 ] [ 54 ]またハイパーレンズにも適用されています[ 55 ] 。プラズモン注入方式の助けを借りた不完全な負の屈折率を持つ平面レンズでも、損失とノイズのために不可能だった物体の回折以下の画像化が可能になることが実証されています。プラズモン注入方式はもともとプラズモニックメタマテリアルのために概念化されましたが[ 52 ]その概念は汎用的で、すべてのタイプの電磁モードに適用できます。この方式の主なアイデアは、適切に構造化された外部補助場とメタマテリアル内の損失モードのコヒーレントな重ね合わせです。この補助場はメタマテリアルの損失を考慮しているため、メタマテリアルレンズの場合は信号ビームまたは物体場が受ける損失がプラズモン注入方式は、物理的に実装することも[ 54 ]、デコンボリューション後処理法によって同等の方法で実装することもできます[ 53 ] [ 55 ]。しかし、物理的な実装の方がデコンボリューションよりも効果的であることが示されています。プラズモン注入方式の物理的な実装では、畳み込みの物理的な構築と狭い帯域幅内での空間周波数の選択的増幅が鍵となります。この損失補償方式は、利得媒体、非線形性、またはフォノンとの相互作用を必要としないため、特にメタマテリアルレンズに最適です。プラズモン注入方式の実験的実証は、理論が比較的新しいため、まだ行われていません。

磁性ワイヤーによる近接場イメージング

高性能スイスロールで構成されたプリズムは磁気面板として機能し、入力面から出力面まで磁場分布を忠実に伝達します。[ 56 ]

ペンドリーの理論的なレンズは、伝播波と近接場エバネッセント波の両方を集束させるように設計された。誘電率「ε」と透磁率「μ」から屈折率「n」が導出される。屈折率は、光が一つの物質から別の物質へ伝わる際にどのように曲がるかを決定する。2003年には、n=-1物質とn=+1物質を交互に平行に積層したメタマテリアルが、メタマテリアルレンズのより効果的な設計となることが示唆された。これは、複屈折（n 2 =∞、n x =0）を示す多層積層からなる有効媒質である。有効屈折率は、それぞれ垂直方向と平行方向となる。[ 56 ]

従来のレンズと同様に、Z方向はロールの軸に沿っています。共振周波数（w 0）は21.3 MHz付近で、ロールの構造によって決定されます。減衰は、層固有の抵抗と誘電率の損失部分によって実現されます。[ 56 ]

簡単に言えば、磁場パターンが板の入力面から出力面へ伝達されるのと同様に、画像情報も各層を伝搬されます。これは実験的に実証されました。この材料の2次元画像化性能を試験するために、M字型の2本の反平行ワイヤでアンテナを構築しました。これにより磁束線が生成され、画像化のための特徴的な磁場パターンが得られました。このアンテナを水平に設置し、その上に21.5MHzに同調した271個のロールからなる材料を配置しました。この材料はまさに磁場の画像転送装置として機能します。アンテナの形状は、出力面において、ピーク強度の分布とM字型の境界となる「谷」の両方において忠実に再現されます。[ 56 ]

非常に近接した（エバネッセント）場の一貫した特徴は、電場と磁場がほぼ分離していることです。これにより、電場と誘電率、磁場と透磁率をほぼ独立して制御することが可能になります。[ 56 ]

さらに、これは高度に異方性のシステムである。したがって、物質を放射する電磁場の横方向（垂直方向）成分、すなわち波数ベクトル成分k xおよびk yは、縦方向成分k zから分離されている。したがって、電磁場パターンは、画像情報の劣化なしに、物質の板の入力面から出力面へと伝達されるはずである。[ 56 ]

銀メタマテリアルを使用した光学スーパーレンズ

2003年、ある研究グループは、銀メタマテリアルレンズを通過する光のエバネッセント波が増強されることを示しました。これは回折フリーレンズと呼ばれていました。コヒーレントで高解像度の画像を得ることは意図されておらず、また実現もされていませんでしたが、エバネッセント場の再生は実験的に実証されました。[ 57 ] [ 58 ]

2003年までに、界面表面で励起状態を生成することでエバネッセント波を増強できることは数十年前から知られていました。しかし、表面プラズモンを用いてエバネッセント成分を再構成する試みは、ペンドリーによる最近の提案（上記の「完全レンズ」を参照）まで行われていませんでした。様々な厚さの膜を研究することで、適切な条件下では透過率が急速に増加することが明らかになりました。この実証は、スーパーレンズ効果の基礎が確固たるものであることの直接的な証拠となり、光波長におけるスーパーレンズ効果の観測を可能にする道筋を示唆しました。[ 58 ]

2005年には、2003年の結果に基づき、コヒーレントで高解像度の画像が生成されました。より薄い銀板（35 nm）は、照射波長の6分の1となる回折限界以下の画像化に適していました。このタイプのレンズは、波の減衰を補正し、近接場における画像を再構成するために使用されました。実用的なスーパーレンズを作成する以前の試みでは、厚すぎる銀板が使用されていました。[ 23 ] [ 47 ]

直径40nmほどの物体が撮影されました。2005年当時、光学顕微鏡の撮像解像度の限界は赤血球の直径の約10分の1でした。銀スーパーレンズを用いることで、赤血球の直径の100分の1の解像度が得られます。[ 57 ]

従来のレンズは、人工レンズであれ天然レンズであれ、あらゆる物体が発する伝播する光波を捉え、それを曲げることで画像を作成します。曲げ角度は屈折率によって決まり、人工的に負の屈折率を持つ材料が作られるまでは常に正でした。物体は物体の詳細を運ぶエバネッセント波も放出しますが、これは従来の光学では得られません。このようなエバネッセント波は指数関数的に減衰するため、画像解像度、つまり回折限界と呼ばれる光学的閾値には達しません。この回折限界を破り、エバネッセント波を捉えることは、物体の100%完璧な表現を作成するために不可欠です。[ 23 ]

さらに、従来の光学材料は、光源から伝播する成分のみが（光学材料によって）透過するため、回折限界の影響を受ける。[ 23 ]伝播しない成分、すなわちエバネッセント波は透過しない。[ 24 ]さらに、屈折率を上げて画像解像度を向上させるレンズは、高屈折率材料の入手可能性によって制限され、電子顕微鏡による点ごとのサブ波長イメージングも、実用的なスーパーレンズの潜在能力と比較すると限界がある。走査型電子顕微鏡と原子間力顕微鏡は現在、数ナノメートルまでの詳細を捉えるために使用されている。しかし、このような顕微鏡は物体を点ごとに走査して画像を作成するため、通常は非生物サンプルに限定され、画像キャプチャ時間は最大で数分かかることがある。[ 23 ]

現在の光学顕微鏡では、科学者は細胞内の核やミトコンドリアといった比較的大きな構造しか観察できません。スーパーレンズを用いることで、将来的には細胞骨格を構成する微小管に沿って移動する個々のタンパク質の動きを光学顕微鏡で明らかにできるようになると研究者らは述べています。光学顕微鏡は、ほんの一瞬で一枚のスナップショットでフレーム全体を捉えることができます。スーパーレンズを用いることで、生体材料のナノスケール画像化が可能になり、生物学者は細胞の構造と機能をリアルタイムでより深く理解できるようになります。[ 23 ]

THzおよび赤外線領域における磁気結合の進歩により、メタマテリアル・スーパーレンズの実現が期待されています。しかし、近接場においては、物質の電気応答と磁気応答は分離されています。そのため、横磁気（TM）波については、誘電率のみを考慮すれば十分です。負の誘電率を容易に実現できるため、貴金属はスーパーレンズ効果を得るための自然な選択肢となります。[ 23 ]

薄い金属板の表面電流振動（表面プラズモン）が物体からのエバネッセント波と一致するように設計することで、スーパーレンズは電場の振幅を大幅に増大させることができます。スーパーレンズ効果は、表面プラズモンによるエバネッセント波の増大によって生じます。[ 23 ] [ 57 ]

スーパーレンズの鍵となるのは、極めて微小なスケールで情報を運ぶエバネッセント波を大幅に増幅・復元する能力です。これにより、回折限界をはるかに下回る画像撮影が可能になります。物体から放出されるエバネッセント波をすべて完全に再構成できるレンズはまだ存在しないため、100%完璧な画像という目標は今後も変わりません。しかし、多くの科学者は、エバネッセント波が既知の物質を通過する際に必ず何らかのエネルギー吸収損失が生じるため、真に完璧なレンズは不可能だと考えています。比較すると、スーパーレンズによる画像は、銀スーパーレンズを使用せずに作成された画像よりも大幅に優れています。[ 23 ]

50nmの平坦な銀層

2004年2月、負の屈折率を持つメタマテリアル板をベースとした電磁波集束システムが、マイクロ波領域におけるサブ波長イメージングに成功しました。これは、光の波長よりもはるかに短い波長で分離された画像を取得できることを示しました。[ 59 ]また、2004年には、銀層を用いてサブミクロン近傍場イメージングが実現されました。超高解像度は達成できませんでしたが、これは当初の意図通りでした。銀層は厚すぎて、エバネッセント場成分を大幅に増強することができませんでした。[ 30 ]

2005年初頭、異なる銀層を用いることで特徴解像度が達成されました。これは実際の画像ではありませんでしたが、意図されたものでした。水銀ランプからの照明を用いて、 50nm厚のフォトレジストで250nmまでの高密度特徴解像度を実現しました。この研究では、シミュレーション（FDTD）を用いて、銀レンズを介した画像化は、他の近接場画像化法よりも解像度の向上が期待できることが示されました。[ 60 ]

この先行研究に基づき、50nmの平坦な銀層を用いて光周波数における超解像が達成された。ここでは、遠距離場イメージングにおいて回折限界を超える像を解像する能力を超解像と定義する。[ 30 ]

画像の忠実度は、以前の実験用レンズスタックの初期結果と比べて大幅に向上しました。より薄い銀層とスペーサー層を使用し、レンズスタックの表面粗さを低減することで、サブミクロンの特徴の結像性能が大幅に向上しました。従来の（遠視野）レンズが周期的な物体（この場合、像は回折格子）を結像する能力には具体的な限界があるため、銀レンズが格子を結像する能力は究極の解像度テストとして用いられました。垂直入射照明の場合、屈折率nの媒質を通して波長λで解像できる最小空間周期はλ/nです。したがって、この限界を下回る（従来の）遠視野像では、結像レジストがどれほど優れていても、コントラストはゼロになると予想されます。[ 30 ]

ここでの（スーパー）レンズスタックは、計算結果において回折限界解像度243 nmという結果となった。500 nmから170 nmまでの周期を持つ格子が結像され、格子周期が小さくなるにつれてレジストの変調度も減少する。回折限界（243 nm）を超える周期を持つ格子はすべて良好に解像されている。[ 30 ]この実験の重要な結果は、200 nmおよび170 nm周期における回折限界以下の格子のスーパー結像である。どちらの場合も、コントラストは低下しているものの格子は解像されており、これはペンドリーのスーパーレンズ提案を実験的に裏付けている。[ 30 ]

負屈折率GRINレンズ

屈折率勾配（GRIN） – メタマテリアルで利用可能な材料応答のより広い範囲は、GRINレンズ設計の改善につながると期待されます。特に、メタマテリアルの誘電率と透磁率は独立して調整できるため、メタマテリアルGRINレンズは自由空間との適合性が向上すると考えられます。GRINレンズは、伝播方向Zに垂直なY方向に屈折率が変化するNIM（ニオブ酸マグネシウム）の板を用いて構成されます。[ 61 ]

遠距離場スーパーレンズ

2005年に、あるグループが、適切に設計された周期的に波形をなす金属板ベースのスーパーレンズである遠距離場スーパーレンズ（FSL）と呼ばれる新しいデバイスを使用して、近接場の制限を克服する理論的な方法を提案しました。[ 62 ]

近接場実験に続き、遠距離場におけるイメージングが実験的に実証されました。その鍵となる要素は、従来のスーパーレンズとナノスケールのカプラで構成される遠距離場スーパーレンズ（FSL）です。[ 63 ]

遠距離場時間反転による回折限界を超えた集束

遠方場に設置された時間反転ミラーと、焦点の近傍場に設置された散乱体のランダム分布の両方を使用して、マイクロ波を波長以下に集束させる手法が提示されている。[ 64 ]

ハイパーレンズ

近接場イメージングの能力が実証されると、次のステップは近接場画像を遠距離場に投影することだった。この概念は、技術と材料を含めて「ハイパーレンズ」と呼ばれている。[ 65 ] [ 66 ]

2012年5月、計算により、窒化ホウ素とグラフェンを交互に積層することで紫外線（1200～1400 THz）ハイパーレンズを作製できることが示されました。[ 67 ]

2018年2月には、可変ドープのインジウムヒ素多層膜から作られた中赤外線（約5～25μm）ハイパーレンズが導入され、損失が大幅に低減されました。[ 68 ]

回折限界以下のイメージングのためのメタマテリアルハイパーレンズの能力を以下に示します。

遠距離場におけるサブ回折イメージング

従来の光学レンズでは、遠方場はエバネッセント波がそのまま到達するには遠すぎる限界である。物体を画像化する際には、この限界によりレンズの光学分解能は光の波長程度に制限される。これらの非伝播波は、高い空間分解能という形で詳細な情報を運び、限界を克服する。したがって、通常は回折によって制限される画像の詳細を遠方場に投影するには、エバネッセント波を回復する必要がある。[ 69 ]

この調査と実証に至るまでの過程は、本質的には双曲分散を持つ異方性メタマテリアルの採用であった。その効果は、通常のエバネッセント波が層状メタマテリアルの半径方向に沿って伝播することであった。微視的レベルでは、大きな空間周波数の波は金属層間の結合した表面プラズモン励起を介して伝播する。[ 69 ]

2007年、まさにそのような異方性メタマテリアルが拡大光学ハイパーレンズとして用いられました。このハイパーレンズは、半円筒形の空洞に堆積された薄い銀とアルミナ（厚さ35ナノメートル）の湾曲した周期的積層体で構成され、石英基板上に作製されました。半径方向と接線方向の誘電率は異なる符号を持ちます。[ 69 ]

照射されると、物体からの散乱エバネッセント場は異方性媒質に入り、径方向に沿って伝播する。メタマテリアルの別の効果と相まって、ハイパーレンズの外側の回折限界境界に拡大像が生じる。拡大された特徴が回折限界よりも大きくなると（超えると）、従来の光学顕微鏡で画像化することができ、これにより、回折限界以下の像の拡大と遠方場への投影が実証される。[ 69 ]

ハイパーレンズは、散乱したエバネッセント波を異方性媒質中の伝播波に変換することで物体を拡大し、空間分解能の高い画像を遠距離場に投影します。このタイプのメタマテリアルベースのレンズは、従来の光学レンズと組み合わせることで、通常の光学顕微鏡では識別できないほど小さなパターンを明らかにすることができます。ある実験では、このレンズは150ナノメートル間隔でエッチングされた2本の35ナノメートル線を識別できました。メタマテリアルを使用しない場合、顕微鏡は1本の太い線しか検出できませんでした。[ 14 ]

対照実験では、ハイパーレンズを使用せずに線対物体を撮影した。線対物体は、（光学）開口の回折限界が260 nmに制限されていたため、解像できなかった。ハイパーレンズは非常に広い波長範囲の波動ベクトルの伝播をサポートするため、回折限界以下の分解能で任意の物体を拡大することができる。[ 69 ]

この研究は円筒​​形ハイパーレンズのみであるという点で限界があるように見えますが、次のステップは球面レンズの設計です。このレンズは3次元的な機能を発揮します。近接場光学顕微鏡では、先端を用いて物体を走査します。一方、この光学ハイパーレンズは、回折限界以下の像を拡大します。拡大された回折限界以下の像は、遠視野に投影されます。[ 14 ] [ 69 ]

光学ハイパーレンズは、リアルタイム生体分子イメージングやナノリソグラフィーなどの用途において顕著な可能性を秘めています。このようなレンズは、これまで観察不可能だった細胞プロセスの観察に利用できる可能性があります。また、コンピューターチップの製造工程であるフォトリソグラフィーの第一段階として、極めて微細な特徴を持つ画像をフォトレジストに投影するためにも利用できます。このハイパーレンズはDVD技術にも応用可能です。[ 14 ] [ 69 ]

2010年には、可視光域での2次元イメージングを可能にする球面ハ​​イパーレンズが実験的に実証されました。この球面ハイパーレンズは、銀と酸化チタンを交互に積層した構造で、強い異方性双曲分散を有しており、可視スペクトルでの超解像を可能にしました。可視スペクトルにおける分解能は160nmでした。このレンズは、細胞レベルおよびDNAレベルの生物学的イメージングを可能にし、遠距離場における回折限界以下の分解能を拡大するという大きな利点を有しています。 [ 70 ]

プラズモン支援顕微鏡

可視周波数範囲でのスーパーイメージング

2007年に研究者らは、負の屈折率を作り出し、可視範囲でレンズ効果を実現する材料を使用したスーパーイメージングを実証した。[ 47 ]

ナノテクノロジーと微生物学の進歩に対応するには、光学顕微鏡の継続的な改良が必要です。空間分解能の向上が鍵となります。従来の光学顕微鏡は、200ナノメートル（波長）程度の回折限界によって制限されています。これは、ウイルス、タンパク質、DNA分子、その他多くのサンプルを通常の（光学）顕微鏡で観察することが困難であることを意味します。これまでに負の屈折率材料を用いて実証された薄い平面スーパーレンズは、従来の顕微鏡の回折限界を超える倍率を提供しません。したがって、従来の回折限界よりも小さな画像は依然として得られません。[ 47 ]

可視波長で超解像を実現するもう一つのアプローチは、最近開発された銀と酸化チタンの交互層をベースとした球面ハイパーレンズである。このレンズは強い異方性双曲分散を有し、エバネッセント波を伝播波に変換することで超解像を実現する。この手法は非蛍光ベースの超解像イメージングであり、画像や情報の再構成を必要とせずにリアルタイムイメージングを実現できる。[ 70 ]

超解像遠距離場顕微鏡技術

2008年までに、回折限界を超え、誘導放出抑制（STED）顕微鏡とそれに関連するRESOLFT（可逆飽和光学線形蛍光遷移）顕微鏡、飽和構造照明顕微鏡（SSIM）、確率的光再構成顕微鏡（STORM）、光活性化局在顕微鏡（PALM）、および同様の原理を使用する他の方法を含むいくつかの「超解像」遠距離場顕微鏡技術によって20～50nmの横方向画像解像度が達成されました。[ 71 ]

座標変換による円筒形スーパーレンズ

これは2003年にペンドリーの提案から始まりました。像を拡大するには、負屈折レンズの表面を湾曲させるという新しい設計コンセプトが必要でした。一方の円筒がもう一方の円筒に接することで、湾曲した円筒レンズが形成され、小さな円筒の内容物が、大きな円筒の外側に拡大されたものの歪みのない形で再現されます。元の完全なレンズを湾曲させて円筒レンズ構造にするには、座標変換が必要です。[ 72 ]

これに続き、2005年には、円筒形スーパーレンズが準静的領域で機能するという36ページにわたる概念的および数学的証明が発表されました。この論文では、まず完全なレンズをめぐる議論が議論されています。[ 73 ]

2007年には、座標変換を用いたスーパーレンズが再び話題となった。しかし、画像転送に加えて、並進、回転、鏡面反射、反転、そしてスーパーレンズ効果といった他の有用な操作についても議論された。さらに、導波路ではなく自由空間光源を利用しながら、入力側と出力側の両方で幾何収差のない拡大を行う素子についても説明されている。これらの拡大素子は、近接場と遠方場の両方で動作し、画像を近接場から遠方場へ転送する。[ 74 ]

円筒状の拡大スーパーレンズは、2007年にLiuら[ 69 ]とSmolyaninovら[ 47 ] [ 75 ]の2つのグループによって実験的に実証されました。

メタマテリアルを用いたナノ光学

レンズとしてのナノホールアレイ

2007年の研究では、金属スクリーンに準周期的に配列されたナノホールが平面波の光エネルギーを集束させ、波長以下のスポット（ホットスポット）を形成できることが実証されました。スポット間の距離は、配列の反対側、つまり入射平面波の反対側で数十波長でした。準周期的なナノホール配列は集光器として機能しました。[ 76 ]

2008年6月には、金属スクリーン上に準結晶ナノホールアレイを集光する能力が実証された。ホットスポットを集中させるだけでなく、点光源の像がアレイの反対側（像面）に、アレイから数十波長離れた位置に表示される。また、このタイプのアレイは、点光源の位置から像面上のそれぞれの平行位置への1対1の線形変位を示した。言い換えれば、xからx + δxへの変位である。例えば、他の点光源も同様にx'からx' + δx'、x^からx^ + δx^、x^^からx^^ + δx^^へと変位した。これは集光器として機能するのではなく、点光源ではあるものの、1対1の対応関係を持つ従来のレンズイメージングの機能を果たす。[ 76 ]

しかし、より複雑な構造の解像度は、複数の点光源を組み合わせることで実現できます。従来のレンズの高い開口数によって得られるような、細部まで鮮明な画像と明るい像を、確実に生成できます。この技術の注目すべき応用は、従来の光学系が課題に適さない場合に生じます。例えば、この技術はX線イメージングやナノ光回路などに適しています。[ 76 ]

ナノレンズ

2010年には、誘電体基板に堆積されたバルクナノワイヤで構成される、3次元（3D）メタマテリアルナノレンズと呼ばれるナノワイヤアレイのプロトタイプが製造され、テストされました。[ 77 ] [ 78 ]

メタマテリアルナノレンズは、直径20ナノメートルのナノワイヤを数百万本も集積して構成されています。これらのナノワイヤは精密に配列され、パッケージ化された構成となっています。このレンズは、通常の伝播電磁波とエバネッセント波の両方を用いて画像を構築するため、ナノサイズの物体の鮮明で高解像度の画像を撮影することができます。超解像イメージングは​​、遠距離場において波長（λ）の6倍の距離において、少なくともλ/4の解像度で実証されました。これは、後述するナノホールアレイを含む、他の近距離場および遠距離場イメージングのこれまでの研究および実証に比べて大幅に改善されています。[ 77 ] [ 78 ]

穴あき金属フィルムの光透過特性

2009–12年 周期構造の単位長さが動作波長よりもはるかに小さいメタマテリアル限界における穴あき金属膜の光透過特性を理論的に解析する。[ 79 ]

サブ波長の穴を通して画像を転送する

理論的には、複雑な電磁画像を、画像の直径よりもかなり小さい直径を持つ小さな波長以下の穴を通して、波長以下の詳細を失うことなく伝送することが可能であると思われる。[ 80 ]

ナノ粒子イメージング – 量子ドット

生きた細胞内の複雑なプロセスを観察する場合、重要なプロセス（変化）や細部を見落としがちです。これは、展開に長い時間がかかり、高空間分解能の画像化を必要とする変化を観察する場合に、より起こりやすくなります。しかし、最近の研究により、細胞内で数時間、あるいは数日間にわたって起こる活動を精査する手法が提案されており、これらの微小な生物で起こる分子レベルの出来事に関連する多くの謎を解明できる可能性があります。[ 81 ]

米国国立標準技術研究所（NIST）と米国国立アレルギー感染症研究所（NIAID）の共同研究チームは、ナノ粒子を用いて細胞内部を照らし、これらのゆっくりとしたプロセスを明らかにする方法を発見しました。細胞の数千分の一の大きさしかないナノ粒子は、様々な用途に用いられています。量子ドットと呼ばれるナノ粒子は、光に当たると発光します。これらの半導体粒子は有機材料でコーティングすることができ、科学者が調べたい細胞内の特定のタンパク質に引き寄せられるように調整することができます。[ 81 ]

注目すべきことに、量子ドットは、これまで細胞内部を照明するために使用されてきた多くの有機色素や蛍光タンパク質よりも長寿命です。また、電子顕微鏡などの高解像度技術の多くは、ある瞬間の細胞プロセスを凍結した画像しか提供できないのに対し、量子ドットは細胞プロセスの変化をモニタリングできるという利点もあります。量子ドットを用いることで、タンパク質の動的な運動を伴う細胞プロセスを観察（解明）することが可能になります。[ 81 ]

この研究は主に量子ドットの特性評価に焦点を当て、他のイメージング技術と比較しました。ある例では、細胞内膜のネットワーク構造の一部を形成する特定のヒト赤血球タンパク質を標的とする量子ドットが設計されました。これらのタンパク質が健康な細胞内で密集すると、ネットワークは細胞に機械的な柔軟性を与え、細い毛細血管などの狭い空間を通り抜けることができます。しかし、細胞がマラリア原虫に感染すると、ネットワークタンパク質の構造が変化することが報告されています。[ 81 ]

クラスタリングのメカニズムは十分に解明されていないため、量子ドットを用いて検証することにしました。クラスタリングを可視化する技術が開発されれば、マラリア感染の進行過程を理解できるようになります。マラリア感染には複数の明確な発達段階があります。[ 81 ]

研究の結果、膜タンパク質が密集するにつれて、そこに付着した量子ドットもクラスターを形成し、より明るく発光することが明らかになりました。これにより、タンパク質のクラスター形成の進行をリアルタイムで観察することが可能になります。さらに、量子ドットが他のナノ材料に付着すると、その光学特性がそれぞれの場合に特有の変化を示すことも明らかになりました。さらに、量子ドットの光学特性はナノスケールの環境変化に応じて変化するという証拠も発見され、量子ドットを用いて細胞内の局所的な生化学的環境を検知できる可能性が高まりました。[ 81 ]

毒性やその他の特性については依然として懸念が残るものの、全体的な知見は、量子ドットが動的な細胞プロセスを研究するための貴重なツールとなり得ることを示唆している。[ 81 ]

関連する発表済み研究論文の要約（一部）には、「バイオコンジュゲートナノ結晶または量子ドット（QD）の、様々な化学的および物理的環境における動的蛍光特性に関する結果が提示されている。孤立した個々のQD、QD凝集体、および他のナノスケール材料とコンジュゲートしたQDなど、様々なQDサンプルを調製し、比較した。」と記載されている。

参照

参考文献

パブリックドメイン この記事には、米国国立標準技術研究所のパブリックドメイン資料が組み込まれています。

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