Ученые разработали новые материалы для электроники следующего поколения, настолько крошечные, что они не только неразчимы при плотной упаковке, но и не отражают достаточно света, чтобы показать мелкие детали, такие как цвета, даже с помощью самых мощных оптических микроскопов. Например, под оптическим микроскопом углеродные нанотрубки выглядят сероватыми. Неспособность различать мелкие детали и различия между отдельными частями наноматериалов затрудняет для ученых изучение их уникальных свойств и поиск способов усовершенствования их для промышленного использования.
В новом отчете в Nature Communications исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде описывают революционную технологию визуализации, которая сжимает свет лампы в пятно нанометрового размера. Он держит этот свет на конце серебряной нанопроволоки, как студент Хогвартса, практикующий заклинание "Люмос", и использует его для выявления ранее невидимых деталей, включая цвета.
Прогресс, улучшающий разрешение цветных изображений до беспрецедентного уровня в 6 нанометров, поможет ученым увидеть наноматериалы достаточно подробно, чтобы сделать их более полезными в электронике и других приложениях.
Минг Лю и Руосюэ Ян, доценты инженерного колледжа Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, разработали этот уникальный инструмент с помощью методики суперфокусировки, разработанной командой. Этот метод использовался в предыдущей работе для наблюдения колебаний молекулярных связей с пространственным разрешением в 1 нанометр без необходимости использования какой-либо фокусирующей линзы.
В новом отчете Лю и Ян модифицировали инструмент для измерения сигналов, охватывающих весь видимый диапазон длин волн, который можно использовать для передачи цвета и изображения электронных полосовых структур объекта, а не только колебаний молекул. Инструмент сжимает свет от вольфрамовой лампы в серебряную нанопроволоку с почти нулевым рассеянием или отражением, где свет переносится колебательной волной свободных электронов на поверхности серебра.
Конденсированный свет покидает наконечник серебряной нанопроволоки, радиус которого составляет всего 5 нанометров, по конической траектории, как луч света от фонарика. Когда наконечник проходит над объектом, его влияние на форму и цвет луча обнаруживается и записывается.
Затем свет фокусируется в спектрометр, где он образует крошечную форму кольца. Сканируя зондом область и записывая два спектра для каждого пикселя, исследователи могут сформулировать изображения поглощения и рассеяния с помощью цветов. Первоначально сероватые углеродные нанотрубки получают свою первую цветную фотографию, а отдельная углеродная нанотрубка теперь имеет шанс показать свой уникальный цвет.
Атомарно-гладкая серебряная нанопроволока с острым концом и ее оптическая связь и фокусировка практически без рассеяния имеют решающее значение для получения изображений. В противном случае на заднем плане будет сильный рассеянный свет, который испортит изображение.
Исследователи ожидают, что новая технология может стать важным инструментом, который поможет полупроводниковой промышленности создавать однородные наноматериалы с одинаковыми свойствами для использования в электронных устройствах. Новый метод полноцветного наноизображения также может быть использован для улучшения понимания катализа, квантовой оптики и наноэлектроники.
