Optiske nanoskopbilleder kvantepunkter

Fysikere har udviklet en teknik baseret på optisk mikroskopi, der kan bruges til at skabe billeder af atomer på nanoskalaen. I særdeleshed, den nye metode tillader billeddannelse af kvantepunkter i en halvlederchip. Sammen med kolleger fra University of Bochum, forskere fra universitetet i Basel rapporterede resultaterne i tidsskriftet Natur fotonik .

Konventionelle optiske mikroskoper kan ikke bruges til at forestille individuelle molekyler og atomer, som måler kun brøkdele af et nanometer på tværs. Dette har at gøre med lysets bølgetype og de tilhørende fysiske love. Ifølge disse love, et mikroskops maksimale opløsning er lig med halvdelen af ​​det anvendte lyss bølgelængde. For eksempel, hvis du bruger grønt lys med en bølgelængde på 500 nanometer, et optisk mikroskop kan i bedste fald, skelne genstande i en afstand på 250 nanometer.

I de seneste år, imidlertid, forskere har omgået denne opløsningsgrænse for at generere billeder af strukturer, der kun måler et par nanometer på tværs. For at gøre det, de brugte lasere med forskellige bølgelængder til at udløse fluorescens i molekyler i en del af stoffet, mens de undertrykte det i de omkringliggende områder. Dette giver dem mulighed for at billedstrukturer såsom farvestofmolekyler, som kun er et par nanometer i størrelse. Udviklingen af ​​denne metode, stimuleret emissionsudtømning (STED) resulterede i Nobelprisen i kemi 2014.

Timo Kaldewey, fra University of Basels Institut for Fysik og Swiss Nanoscience Institute, har nu arbejdet sammen med kolleger ved Ruhr-University Bochum (Tyskland) for at udvikle en lignende teknik, der tillader billeddannelse af nanoskalaobjekter, især et kvantemekanisk system på to niveauer. Fysikerne studerede det, der er kendt som kvantepunkter, kunstige atomer i en halvleder, som den nye metode kunne forestille sig som lyspunkter. Forskerne ophidsede atomerne med en pulserende laser, som skifter farve under hver puls. Som resultat, atomets fluorescens tændes og slukkes.

Mens STED -metoden kun virker ved at indtage mindst fire energiniveauer som reaktion på laser -excitation, den nye metode fra Basel fungerer også med atomer, der kun har to energitilstande. To-statssystemer af denne art udgør vigtige modelsystemer for kvantemekanik. I modsætning til STED -mikroskopi, den nye metode frigiver heller ingen varme. "Det er en kæmpe fordel, som enhver frigivet varme kan ødelægge de molekyler, du undersøger, "forklarer Richard Warburton." Vores nanoskop er velegnet til alle objekter med to energiniveauer, såsom virkelige atomer, kolde molekyler, kvanteprikker, eller farvecentre. "