Ultra-lang arbejdsafstand spektroskopi med 3-D-printede asfæriske mikrolinser

Additiv fremstilling er en teknik, hvor et tredimensionelt objekt fremstilles ved successivt at tilføje nye lag byggemateriale til dem, der allerede er blevet deponeret. For nylig, kommercielt tilgængelige 3-D-printere har gennemgået en rivende udvikling, og det samme har 3-D-printmaterialer, inklusive transparente medier af høj optisk kvalitet. Disse fremskridt åbner op for nye muligheder inden for mange områder af videnskab og teknologi, herunder biologi, medicin, metamateriale undersøgelser, robotik og mikrooptik.

Forskere fra Det Fysiske Fakultet, Universitetet i Warszawa, Polen, har designet små linser (med dimensioner så små som en brøkdel af et menneskehårdiameter), der nemt kan fremstilles ved hjælp af en laser 3-D printteknik oven på forskellige materialer, inklusive skrøbelige nye 2-D grafen-lignende materialer. Linserne øger udvindingen af ​​lys udsendt fra halvlederprøver og omformer dens udgående del til en ultrasmal stråle.

Takket være denne ejendom, der er ikke længere behov for at inkludere et omfangsrigt mikroskopobjektiv i den eksperimentelle opsætning, når der udføres optiske målinger af enkelt nanometer-størrelse lysemittere (som kvanteprikker), som hidtil ikke kunne undgås. Et typisk mikroskopobjektiv, der bruges i en sådan undersøgelse, har omtrent en håndbreddestørrelse, vejer op til et pund (et halvt kilogram) og skal placeres i en afstand på omkring en tiendedel af en tomme (få millimeter) fra analyseprøven. Disse pålægger betydelige begrænsninger for mange typer moderne eksperimenter, som målinger i pulserende høje magnetiske felter, ved kryogene temperaturer, eller i mikrobølgeovne, som til gengæld nemt kan løftes af de nye linser.

Den høje hastighed af 3-D-printteknikken gør det meget nemt at producere hundredvis af mikrolinser på en prøve. At arrangere dem i almindelige arrays giver et praktisk koordinatsystem, som præcist angiver placeringen af ​​et valgt nanoobjekt og giver mulighed for flere målinger i forskellige laboratorier over hele verden. Den uvurderlige mulighed for at vende tilbage til den samme lysgiver giver mulighed for meget mere tidseffektiv forskning og hypotesetestning. Specifikt, man kan helt fokusere på at designe og udføre et nyt eksperiment på det tidligere studerede nanoobjekt, i stedet for at udføre en tidskrævende undersøgelse af tusindvis af andre nanoobjekter, før man til sidst finder en analog til den pågældende.

Formen af ​​de foreslåede mikrolinser kan let tilpasses til den såkaldte 2,5-D mikrofremstillingsteknik. De genstande, der opfylder dets forudsætninger, kan fremstilles over store overflader ved at trykke et mønstret stempel mod det materialelag, de skal være lavet af. 2,5-D-fremstillingsprotokollen er især attraktiv ud fra et synspunkt om potentielle anvendelser af mikrolinserne, som let kan opskaleres, hvilket er en vigtig faktor i eventuel fremtidig industriel anvendelse.