Første linse til at producere nanometerbilleder med synligt lys

Når det kommer til mikroskopi, er den mindste ting, du kan løse, begrænset af bølgelængden af ​​lys, du bruger. Med synligt lys er grænsen omkring 200 nm, det er omtrent på størrelse med en mæslingevirus.

I dag demonstrerer Allard Mosk ved University of Twente i Holland og et par venner en helt ny type mikroskopi, der fordobler denne opløsning. For at vise, at det virker, bruger de 561 nm laserlys til at afbilde guldnanopartikler på kun 97 nanometer på tværs og siger, at det burde være muligt at gøre det endnu bedre.

Men det mest fantastiske ved denne teknik er den linse, den bruger. Mosk og co opnår deres trick ved at bruge et fladt stykke matglas (dvs. en gennemsigtig plade, som er ætset på den ene side på en måde, der fuldstændigt spreder lyset, der passerer igennem). Sådan gør du.

Forestil dig først, hvad denne frostede plade gør ved en plan bølge af lys, der passerer gennem den. Den flade bølge rammer den ætsede overflade og spreder sig i alle retninger. Noget af lyset fortsætter derefter ind i glasset, selvom bølgefronten ikke længere er flad, men dramatisk forvrænget. Det forvrængede lys kommer så frem fra den anden (klare) side af glasset og fremstår nu som en slags tilfældig plet.

Mosk og co optager denne forvrængede bølgefront ved hjælp af en CCD-chip og regner dens form ud.

Forestil dig nu opsætningen igen med en lille forskel. Denne gang, før den plane lysbølge rammer spredningsoverfladen, sender Mosk og co den gennem en rumlig lysmodulator, som kan forvrænge bølgen på den måde, de vil.

Mosk og co kunne bruge informationen fra det første eksperiment til at bøje den indkommende bølge på den helt rigtige måde for at udligne forvrængningen på grund af spredningslaget. Astronomer bruger denne tilgang til at korrigere lys fra stjerner, der er forvrænget af atmosfæren.

Men faktisk går Mosk og kammerater længere. De forvrænger den indkommende plane bølge på en sådan måde, at spredningslaget får den til at komme i fokus. Det vigtige er dog, at dette brændpunkt er meget strammere, end det kan opnås med en almindelig linse, der er afhængig af brydning alene. Det er det, der tillader den højere opløsning.

Deres udstyr er så præcist, at det kan styre præcis, hvor fokuspunktet vises og endda kan flytte rundt på det. Det giver dem mulighed for at opbygge et billede ved at scanne fokuspunktet frem og tilbage på tværs af objektet, der undersøges, for at opbygge et 2D-billede.

Mosk og co demonstrerer teknikken ved at afbilde guld-nanopartikler kun 97 nm på tværs, men siger, at det burde virke ned til 72 nm. Vores arbejde er den første linse, der giver en opløsning i nanometerregimet ved synlige bølgelængder, siger de.

Det er en elegant og kraftfuld teknik, der kan have bred anvendelse. Linsen, som faktisk er en flad plade af galliumphosphid, der er syreætset på den ene side, er billig og nem at lave. Den er også fri for de aberrationer og forvrængninger, der plager konventionelle brydningsbaserede designs.

Det er let at forestille sig, at det hurtigt bliver vedtaget i mange laboratorier.

Ref: arxiv.org/abs/1103.3643 : Spredningslinse løser strukturer under 100 nm med synligt lys

Du kan nu følge The Physics arXiv Blog på Twitter

skjule