Fysikere afbilder individuelle molekyler ved at se dem absorbere lys

Hvad gør skibe, flagermus og torpedoer har det til fælles? De navigerer ved at udsende lydbølger og lytte, hvor de bliver absorberet eller reflekteret. Mennesker gør det samme med lysbølger, bortset fra at de er afhængige af eksterne kilder som solen for den oprindelige emission. Men når man ser på noget så lille som et enkelt molekyle, bliver dette problematisk, som lysbølger, for ikke at tale om lydbølger, er større end selve objektet.

To lysstråler

I 2010 Leiden-fysiker Michel Orrit blev den første til optisk at afbilde enkelte organiske molekyler ved stuetemperatur uden at bruge fluorescens. Nu, han og hans gruppe har gjort deres teknik meget mere følsom, gør dem i stand til at afbilde deres objekter af interesse - lysfølsomme ledende polymermolekyler - i alle størrelser. Ligesom flagermus, de kontrollerer deres egen bølgekilde og bruger forskellige frekvenser. Deres første lysstråle har en bestemt farve, som kun de målrettede molekyler kan absorbere. Det får dem til at varme lidt op. Og på grund af termisk udvidelse ændrer dette brydningsindekset for den omgivende væske, så en anden stråle vil blive spredt anderledes på de nøjagtige steder, hvor de interessante molekyler gemmer sig.

Kritisk væske

Stadig, det er lettere sagt end gjort. Ledende polymerer beskadiges hurtigt af lys, så videnskabsmænd skal være ekstremt forsigtige med kun at bruge meget lave intensiteter. Men de er ikke nær stærke nok til absorb-og-varme-teknikken i almindelige væsker. Heldigvis, såkaldte kritiske væsker er ekstremt følsomme over for temperaturændringer inden for et lille temperaturområde. I det regime, selv den mindste varmeeffekt vil ændre væskens brydningsindeks med en stor mængde. Så Orrit brugte kritiske væsker og sørgede for, at temperatur og tryk var præcist indstillet under deres eksperiment.

Find dem alle

"Indtil nu kunne vi kun afbilde de største polymermolekyler gennem absorption, " siger Orrit. "Men på grund af vores følsomhedsforøgelse, vi kan finde dem alle. Og dette giver os også information om lysstyrken af ​​hvert molekyle. Det er meget vigtigt, hvis du vil optimere deres optoelektroniske applikationer."