Billedoverflader med en opløsning under 100 nanometer ved hjælp af mikrosfærer

Mikroskoper bruges konventionelt til at afbilde små træk. Imidlertid, deres opløsning er i sagens natur begrænset af lysets bølgelængde. Denne begrænsning betyder, at de kun kan løse strukturer større end et par hundrede nanometer. Nu, Leonid Krivitsky og Boris Luk'yanchuk ved A*STAR Data Storage Institute i Singapore og kolleger har demonstreret en alternativ optisk tilgang, der er i stand til at kortlægge overflader ved opløsninger under 100 nanometer.

Diffraktion er tendensen for alle bølger, inklusive lys, at sprede sig, når de passerer i nærheden af ​​en genstand eller gennem et hul. Denne effekt betyder, at optiske billeddannelsessystemer ikke kan opløse objekter, der er mindre end omtrent halvdelen af ​​bølgelængden af ​​det oplysende lys. Dermed, for rødt lys med en bølgelængde på omkring 600 nm, opløsningen vil være cirka 300 nanometer.

Luk'yanchuk og hans kolleger har tidligere vist, at en gennemsigtig perle i mikrometerskala placeret på en overflade kan omgå denne såkaldte diffraktionsgrænse. De demonstrerede, at lys passerer gennem perlen, når opsamlet med et konventionelt mikroskop, kan skabe et billede af overfladen under den med en opløsning på 50 nanometer. Imidlertid, generering af et komplet todimensionelt kort kræver, at perlen scannes hen over overfladen – ikke let at udføre på en kontrolleret måde, når kuglen kun er 6 mikrometer på tværs. "Vi har nu forbedret denne superopløsningsteknik ved at udvikle en metode til kontrollerbart at flytte de billeddannende mikrosfærer, " siger Krivitsky.

Krivitsky og hans team udførte en sådan rumlig scanning ved hjælp af en lille pipette med en spids på kun 1 eller 2 mikrometer bred. Computersimuleringer bekræftede, at tilstedeværelsen af ​​pipetten ikke ville påvirke mikrosfærernes superopløsningsevne negativt. For at fastgøre pipetten til perlen, de sugede luften ud fra dens hulrum (se billede).

Holdet forbandt derefter den anden ende af pipetten til en mekanisk fase, som kunne bevæge sig i trin så små som 20 nanometer. Vigtigt, vakuummet inde i pipetten skabte en binding, der var tæt nok til at sikre, at perlen ikke blev afbrudt, da den blev trukket hen over en overflade. Forskerne demonstrerede effektiviteten af ​​deres system ved succesfuldt at afbilde forsøgsprøver med funktioner så små som 75 nanometer.

Mens andre teknikker, såsom nærfelts scanningsmikroskopi, kan udføre sub-diffraktionsgrænse-billeddannelse, de kræver meget dyre systemer. "De virkelige fordele ved vores teknik er dens enkelhed og dens pris, " siger Krivitsky. "Idéen kunne anvendes til en række forskellige superopløsningsapplikationer såsom prøveinspektion, mikrofremstilling og biobilleddannelse."