Första objektivet som producerar nanometerbilder med synligt ljus

När det kommer till mikroskopi är det minsta du kan lösa begränsat av våglängden på ljuset du använder. Med synligt ljus är gränsen cirka 200 nm, det är ungefär lika stort som ett mässlingsvirus.

Idag demonstrerar Allard Mosk vid University of Twente i Nederländerna och några kompisar en helt ny typ av mikroskopi som fördubblar denna upplösning. För att visa att det fungerar använder de 561nm laserljus för att avbilda guldnanopartiklar bara 97 nanometer tvärs över och säger att det borde gå att göra ännu bättre.

Men det mest fantastiska med denna teknik är linsen den använder. Mosk och co uppnår sitt trick med en platt bit frostat glas (dvs en genomskinlig platta som är etsad på ena sidan på ett sätt som helt sprider ljuset som passerar igenom). Här är hur.

Först, föreställ dig vad denna frostade platta gör med en plan våg av ljus som passerar genom den. Den platta vågen träffar den etsade ytan och sprids åt alla håll. En del av ljuset fortsätter sedan in i glaset även om vågfronten inte längre är platt utan dramatiskt förvrängd. Det förvrängda ljuset kommer sedan fram från den andra (klara) sidan av glaset och framstår nu som en slags slumpmässig fläck.

Mosk och co spelar in denna förvrängda vågfront med hjälp av ett CCD-chip och räknar ut dess form.

Föreställ dig nu inställningen igen med en liten skillnad. Den här gången, innan den plana ljusvågen träffar spridningsytan, skickar Mosk och co den genom en rumslig ljusmodulator som kan förvränga vågen på vilket sätt de vill.

Mosk och co kunde använda informationen från det första experimentet för att böja den inkommande vågen på exakt rätt sätt för att eliminera distorsionen på grund av spridningsskiktet. Astronomer använder detta tillvägagångssätt för att korrigera ljus från stjärnor som förvrängs av atmosfären.

Men faktiskt går Mosk och kompisar längre. De förvränger den inkommande plana vågen på ett sådant sätt att spridningsskiktet gör att den hamnar i fokus. Det viktiga är dock att denna brännpunkt är mycket snävare än vad som kan uppnås med en vanlig lins som förlitar sig på enbart brytning. Detta är vad som tillåter högre upplösning.

Deras utrustning är så exakt att den kan styra exakt var brännpunkten visas och kan till och med flytta runt den. Det gör att de kan bygga upp en bild genom att skanna brännpunkten fram och tillbaka över föremålet som undersöks för att bygga upp en 2D-bild.

Mosk och co demonstrerar tekniken genom att avbilda guldnanopartiklar bara 97 nm tvärs över men säger att det borde fungera ner till 72 nm. Vårt arbete är den första linsen som ger en upplösning i nanometerregimen vid synliga våglängder, säger de.

Det är en elegant och kraftfull teknik som kan ha bred tillämpning. Linsen, som egentligen är en platt platta av galliumfosfid som har syraetsats på ena sidan, är billig och enkel att göra. Den är också fri från de aberrationer och förvrängningar som plågar konventionella refraktionsbaserade konstruktioner.

Det är lätt att föreställa sig att det snabbt antas i många labb.

Ref: arxiv.org/abs/1103.3643 : Spridningslins löser strukturer under 100 nm med synligt ljus

Du kan nu följa The Physics arXiv Blog på Twitter

Dölj