Ny farvefotografering ved hjælp af en højeffektiv sonde kan superfokusere hvidt lys til en 6 nanometer plet

Forskere har udviklet nye materialer til næste generations elektronik, så små, at de ikke kun kan skelnes, når de er tæt pakket, men de reflekterer heller ikke nok lys til at vise fine detaljer, såsom farver, med selv de mest kraftfulde optiske mikroskoper. Under et optisk mikroskop ser kulstofnanorør for eksempel grålige ud. Den manglende evne til at skelne mellem fine detaljer og forskelle mellem individuelle stykker af nanomaterialer gør det svært for forskere at studere deres unikke egenskaber og opdage måder at perfektionere dem til industriel brug.

I en ny rapport i Nature Communications , beskriver forskere fra UC Riverside en revolutionerende billedteknologi, der komprimerer lampelyset til en plet på nanometerstørrelse. Det holder lyset for enden af ​​en sølv nanotråd som en Hogwarts-elev, der praktiserer "Lumos"-trollformularen, og bruger det til at afsløre tidligere usynlige detaljer, inklusive farver.

Fremskridtet, der forbedrer farvebilledopløsningen til et hidtil uset niveau på 6 nanometer, vil hjælpe videnskabsmænd med at se nanomaterialer tilstrækkeligt detaljeret til at gøre dem mere nyttige i elektronik og andre applikationer.

Ming Liu og Ruoxue Yan, lektorer ved UC Riversides Marlan og Rosemary Bourns College of Engineering, udviklede dette unikke værktøj med en superfokuseringsteknik udviklet af teamet. Teknikken er blevet brugt i tidligere arbejde til at observere vibrationen af ​​molekylære bindinger ved 1-nanometer rumlig opløsning uden behov for nogen fokuseringslinse.

I den nye rapport modificerede Liu og Yan værktøjet til at måle signaler, der spænder over hele det synlige bølgelængdeområde, som kan bruges til at gengive farven og afbilde objektets elektroniske båndstrukturer i stedet for kun molekylevibrationer. Værktøjet klemmer lyset fra en wolframlampe ind i en sølv nanotråd med næsten-nul spredning eller refleksion, hvor lyset bæres af oscillationsbølgen af ​​frie elektroner på sølvoverfladen.

Det kondenserede lys forlader den sølvfarvede nanotrådsspids, som har en radius på kun 5 nanometer, i en konisk bane, som lysstrålen fra en lommelygte. Når spidsen passerer over et objekt, registreres og registreres dens indflydelse på stråleformen og farven.

"Det er som at bruge tommelfingeren til at styre vandsprayen fra en slange," sagde Liu, "Du ved, hvordan du får det ønskede sprøjtemønster ved at ændre tommelfingerpositionen, og på samme måde læste vi i eksperimentet lysmønsteret for at hente det. detaljerne om objektet, der blokerer lysdysen på 5 nm-størrelse."

Lyset fokuseres derefter ind i et spektrometer, hvor det danner en lille ringform. Ved at scanne sonden over et område og optage to spektre for hver pixel kan forskerne formulere absorptions- og spredningsbillederne med farver. De oprindeligt grålige kulstofnanorør modtager deres første farvefotografi, og et individuelt kulstofnanorør har nu chancen for at udstille sin unikke farve.

"Den atomisk glatte nanotråd i sølv med skarp spids og dens næsten spredningsfri optiske kobling og fokusering er afgørende for billeddannelsen," sagde Yan. "Ellers ville der være intenst vildfarent lys i baggrunden, der ødelægger hele indsatsen."

Forskerne forventer, at den nye teknologi kan være et vigtigt værktøj til at hjælpe halvlederindustrien med at lave ensartede nanomaterialer med ensartede egenskaber til brug i elektroniske enheder. Den nye fuldfarve nano-billeddannelsesteknik kunne også bruges til at forbedre forståelsen af ​​katalyse, kvanteoptik og nanoelektronik.

Liu, Yan og Ma fik selskab af Xuezhi Ma, en postdoktor ved Temple University, som arbejdede på projektet som en del af sin doktorgradsforskning ved UCR Riverside. Forskere inkluderede også UCR-studerende Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang og professor Bryan Wong.

Papiret har titlen "6 nm super-opløsning optisk transmission og spredning spektroskopisk billeddannelse af carbon nanorør ved hjælp af en nanometerskala hvid lyskilde." + Udforsk yderligere

Fiberoptisk probe kan se molekylære bindinger