Достигнуто атомное зрение: новый микроскоп видит свет с точностью до 1 нанометра

Ученые создали микроскоп, способный визуализировать оптические реакции на уровне отдельных атомов, переопределив границы оптической визуализации.

Ученые создали революционный микроскоп, способный фиксировать реакцию поверхностей на свет с исключительным разрешением всего в один нанометр.

Это достижение позволяет наблюдать структуры на атомном уровне, включая отдельные молекулы и крошечные дефекты. Возможность видеть эти особенности является важным шагом вперед в разработке и усовершенствовании наноматериалов и поверхностей невероятно малых размеров (в масштабе ангстрема).

Изучение взаимодействия света с материей в этом ультрамалом масштабе имеет жизненно важное значение для прогресса как в области технологии, так и в области материаловедения. Особенности атомного уровня, такие как дефекты в алмазах или отдельные молекулы в электронных устройствах, могут оказать значительное влияние на поведение и характеристики материалов. Чтобы по-настоящему понять и манипулировать этими эффектами, оптическая микроскопия должна развиваться, чтобы достичь этих более мелких масштабов.

Международное сотрудничество приводит к прорыву

Исследователи из Института Фрица Габера Общества Макса Планка (Германия) и их международные коллеги из Института молекулярной науки/SOKENDAI (Япония) и CIC nanoGUNE (Испания) разработали подход к сканирующей оптической микроскопии ближнего поля рассеянного типа (s-SNOM), который обеспечивает пространственное разрешение 1 нанометр. Эта техника, называемая s-SNOM с ультранизкой амплитудой колебаний наконечника (ULA-SNOM), сочетает в себе передовые методы микроскопии для визуализации материалов на атомном уровне.

Традиционные методы s-SNOM, в которых для сканирования поверхностей используется лазерно-освещенный наконечник зонда, обычно достигают разрешения от 10 до 100 нанометров. Однако этого недостаточно для визуализации на атомном уровне. Интегрировав s-SNOM с бесконтактной атомно-силовой микроскопией (nc-AFM) и используя серебряный наконечник под видимым лазерным освещением, исследователи создали плазмонную полость (специализированное световое поле), ограниченную крошечным объемом. Это позволяет получить детальный оптический контраст в масштабе ангстрема.

Значение для науки и техники

Этот подход позволяет ученым изучать материалы в самых мелких масштабах, что потенциально может привести к прорывам в разработке новых материалов для электроники или медицинских устройств. Возможность с такой точностью визуализировать такие особенности, как атомные дефекты и наноразмерные структуры, открывает новые возможности для оптической инженерии и материаловедения.