Око света: как обмануть природу

12 Декабря 2017

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

Работает оптический микротекстил следующим образом. Свет вмонтированной 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 видим объект под увеличением.

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

За пределами видимого

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

И все-таки разрешение оптического микроскопа можно увеличить, пойдя на хитрость. Для этого необходимо понизить отверстие апертуру, через которую подсвечивают изучаемый объект, до нескольких десятков нанометров, что гораздо меньше высоты волны видимого света, и на такое же расстояние форсировать предметный столик. Свет летит на объект, как-то с ним взаимодействует: отражается от его поверхности или поглощается. Далее он возвращается в зонд, где его фиксируют датчики. 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 микротекстил ближнего поля.

Микроскоп заходит 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 совершенным материалом для светодиодов и компактных лазеров. Кстати, за это открытие нашему знаменитому земляку академику Жоресу Алферову присудили в 2000 году Нобелевскую премию.

В середине гетероструктуры находится квантовая яма. Это тонкий полупроводниковый слой, слуга ловушкой для носителей заряда электронов и дырок. Такая конфигурация обеспечивает высокую эффективность рекомбинации процесса издавания 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 действенного подводимое электричество преобразуется в свет и сколь долго прослужит селен.

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

Стандартно используют два зонда: один недвижимый 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 четы зондов, прибор строит карту 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 щуп? Как раз такой вариант 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 стандартом. В первом случае напряженность уменьшается из-за убегающих из-под щупа носителей, во втором же никак от этого не зависит. Таким образом, полезная нам информация таится в разнице между двумя картами интенсивностей и может быть достаточно просто выдернутая. Преимущество нового метода заключается прежде всего в том, что его можно применить для любого ближнепольного оптического микроскопа: не нужно дорогостоящих двухзондовых конструкций и сложной настройки, заключил один из авторов статьи Руслан Иванов.

Редактор рубрики

Олег Кудрин

Место события на карте мира:

Око света: как обмануть природу

комментарии (0)

Другие интересные новости

Любимова наградила директора парка "Зарядье"