Obrazowanie obiektów nano w mikroskopie optycznym

fot. Pixabay

Naukowcy z Uniwersytetu w Bochum i Bazylei opracowali nową technikę opartą na mikroskopii optycznej, którą umożliwia tworzenie obrazów atomów w nanoskali. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Photonics.

Tradycyjne mikroskopy optyczne nie mogą być używane do obrazowania pojedynczych cząsteczek i atomów, co wynika z falowej natury światła i praw fizyki. Zgodnie z nimi, maksymalna rozdzielczość mikroskopu wynosi połowę długości fali używanego światła. Na przykład, jeśli używa się zielonego światła (długość fali 500 nm), mikroskop optyczny może w najlepszym przypadku odróżnić obiekty w odległości 250 nanometrów.
Jednak w ostatnich latach udało się przekroczyć tę granicę. Dokonano tego dzięki użyciu laserów o różnych długościach fali, co wywołało fluorescencję cząsteczek w części substancji, jednocześnie tłumiąc ją w otaczających obszarach. To pozwoliło zobrazować struktury, takie jak cząsteczki barwników, które mają zaledwie kilka nanometrów. Odkrycie zaowocowało Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2014 roku.

Naukowcy z Uniwersytetu w Bazylei wraz z kolegami z Ruhr-University Bochum w Niemczech pracują obecnie nad opracowaniem podobnej techniki, dzięki której można by obrazować obiekty w skali nano. Fizycy badali tzw. kropki kwantowe, sztuczne atomy w półprzewodniku, które nowa metoda była w stanie obrazować jako jasne plamy. Atomy zostało podniesione za pomocą lasera pulsacyjnego, który zmienia swój kolor podczas każdego impulsu, co w efekcie włącza i wyłącza fluorescencję atomu.

Podczas gdy nagrodzona Noblem metoda działa tylko poprzez zajmowanie co najmniej czterech poziomów energii w odpowiedzi na wzbudzenie, nowa metoda jest skuteczna także wobec atomów, które mają tylko dwa stany energetyczne. Atomy takie są ważne wukładach modelowych mechaniki kwantowej. Nowa metoda ma jeszcze inną zaletę: nie uwalnia ciepła. "Jest to ogromna zaleta, ponieważ każde uwolnione ciepło może zniszczyć badane molekuły" - wyjaśnia Richard Warburton. "Nasz nanoskop jest odpowiedni dla wszystkich obiektów o dwóch poziomach energii, takich jak rzeczywiste atomy, zimne cząsteczki, kropki kwantowe lub centra kolorów."

(KB)