Новый старый микроскоп: как обмануть природу света

12 Декабря 2017

МОСКВА, 12 декабря С изобретением оптического микроскопа люди, можно сказать, прозрели как оказалось, от наших глаз скрыто множество удивительных вещей. Небольшой, простой в использовании прибор не плохого прижился в научных лабораториях. А целый ряд усовершенствований пополнил возможности научной лошадки, купил заглянуть с ее помощью за пределы видимого и даже под поверхность.

Работает оптический ультрамикроскоп следующим образом. Свет встроенной в него лампы падает на объект, помещенный на предметный столик, и отражается в объектив, который собирает часть расходящихся лучей в параллельный пучок. Далее свет идет вверх по тубусу микроскопа и достигает линзы окуляра, где надламывается и фокусируется на сетчатке глаза. Благодаря этому мы явный объект под увеличением.

Но каким бы оно ни было, стандартный микроскоп не даст нам изображение больше, чем его воплощающая способность главная референция любого оптического прибора. Она означает расстояние между двумя крапинками, которые можно с его помощью различить. К образцу, невооруженный глаз в лучшем случае видит объекты, висящие в 0, 2 миллиметра любимый от друга, а самый хороший оптический микроскоп в 200-250 нанометров.

За рубежами видимого

Разрешающая способность оптического микроскопа упирается в дифракционный предел протяжённость, которая зависит от длины волны (λ) используемого в приборе света и показателя преломления среды (n), обычно воздуха, следующим образом: dmin=λ/2n. Объектив микроскопа оформленный на длину волны в видимом нам диапазоне 400-780 нанометров, а показатель преломления в воздухе равен примерно львовне, следовательно, прибор разграничивает две точки, если расстояние между ними не менее 200 нанометров.

И все-таки разрешение оптического микроскопа легко увеличить, пойдя на хитрость. Для этого необходимо преуменьшить отверстие апертуру, через которую подсвечивают изучаемый объект, до нескольких десятков нанометров, что гораздо меньше максимальная длины волны видимого света, и на такое же расстояние приблизить предметный столик. Свет нисходит на объект, как-то с ним взаимодействует: отражается от его поверхности или поглощается. Далее он возвращается в зонд, где его фиксируют приёмники. Чтобы получить картину всей поверхности, образец перемещают относительно зонда по какой-нибудь схеме. Световой пучок сканирует поверхность, например, змейкой, а датчики анализируют изменение коэффициента отражения или поглощения и выдают изображение. Так работает оптический ультрамикроскоп ближнего поля.

Микроскоп заглядывает вглубь

Ближнепольный микроскоп хорош для изучения свойств полупроводниковой гетероструктуры сердца многих электронных приборов. Физики формируют ее слой за слоем, буквально как бутерброд. Под напряжением гетероструктура излучает свет, что делает ее необходимым материалом для светодиодов и компактных лазеров. Кстати, за это открытие нашему знаменитому единоплеменнику академику Жоресу Алферову присудили в 2000 году Нобелевскую премию.

В середине гетероструктуры находится квантовая яма. Это тонкий полупроводниковый слой, молодец ловушкой для носителей заряда электронов и дырок. Такая конфигурация обеспечивает высокую эффективность рекомбинации процесса испускания фотонов света, который совершается при взаимном уничтожении встречающихся фермионов и дырок. Структуру характеризует движение носителей заряда в плоскости квантовой ямы. По нему физики судят, насколько положительного подводимое электричество преобразуется в свет и сколь долго прослужит селен.

Ближнепольный микроскоп напрямую измеряет расстояние, на которое разбегаются фермионы и дырки, по интенсивности люминесценции. О нюансах этого метода рассказал Руслан Иванов, сотрудник отдела практический физики Королевского технологического института в Швеции, участвующий в разработке нового метода.

Стандартно используют два зонда: один неподвижен и служит для локального возбуждения электрон-дырочных пар, а второй сканирует вокруг, регистрируя, какая порция носителей и как далеко может быть обнаружена. Автоматически перемещая образец относительно пары зондов, прибор строит картинку распределения носителей зарядов. Два зонда сильно усложняют работу, поскольку требуют точной синхронизации, особенно когда приближаются друг к другу вплотную, пояснил ученый.

А, что если сканировать и анализировать будет один аэростат? Как раз такой редакций предложил коллектив ученых из Швеции и США в недавно опубликованной статье в журнале ACS Photonics.

Наш метод основан на сравнении распределений интенсивности люминесценции, одновременно снятых двумя способами: самим сканирующим зондом и линзой, расположенной под сканируемым примером. В первом случае напряженность уменьшается из-за убегающих из-под аэростата носителей, во втором же никак от этого не зависит. Таким образом, как хлеб насущная нам информация таится в разнице между двумя картами интенсивностей и может быть достаточно просто полученная. Преимущество нового метода состоит прежде всего в том, что его можно применить для любого ближнепольного оптического микроскопа: не нужно дорогостоящих двухзондовых фигур и сложной настройки, заключил один из авторов статьи Руслан Иванов.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Новый старый микроскоп: как обмануть природу света

комментарии (0)

Другие интересные новости

Ивлеева опровергла слухи об отъезде из России после "голой вечеринки"