Новый инструмент, разработанный учеными из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли американского Министерства энергетики, позволяет производить съемку и получать цветные изображения микроскопических объектов с огромной разрешающей способностью. Исследователи разработали этот инструмент, называемый "колокольней", для исследований процессов, происходящих на фундаментальном уровне во время преобразования солнечной энергии в электрическую. Но это изобретение может показать наномир совершенно в новом свете всем ученым, работающим в области нанотехнологий.

"Мы нашли способ объединит преимущества микроскопии с преимуществами оптической спектроскопии" - рассказывает Алекс Вебер-Барджиони (Alex Weber-Bargioni), ученый из центра Molecular Foundry, центра нанотехнологий в лаборатории Лоуренса. - "Теперь в нашем распоряжении имеется инструмент, позволяющий фактически рассмотреть все химические и физические превращения, оптические процессы на наноуровне, на уровне, где они и происходят".



Для создания новой технологии получения изображений ученые использовали поверхностные плазмоны, колебания свободных электронов на поверхности металлов, которые взаимодействуют с фотонами света. Плазмоны на поверхности материалов, разделенные небольшими промежутками, могут выступать в качестве микролинз, выступающих в роли коллекторов, усиливающих и фокусирующих поток света, что дает более сильный оптический сигнал и позволяет ученым сделать качественные снимки.

Для реализации данной технологии ученые создали на конце оптоволокна клиновидный четырехгранный наконечник. Две противоположные стороны этого наконечника покрыты золотом. И эти два слоя золота отделены друг от друга промежутком, шириной в несколько нанометров. Такая структура позволяет направить свет различных длин волн в сторону расширяющейся области наконечника, а разрешающая способность устройства определяется толщиной промежутка между золотыми слоями.



Подобные наконечники используются в обычных атомно-силовых микроскопах (atomic force microscope, AFM). Металлический острый наконечник движется вдоль исследуемого образца и позволяет получить "топографическую карту" образца с поднаноразмерной разрешающей способностью. Результаты получаются достаточно точными и наглядными, но они содержать только геометрическую информацию и не содержат никакой информации о химическом составе и физическом строении исследуемого материала.

Замену обычного металлического наконечника AFM наконечником-"колокольней" можно сравнить с переходом от черно-белого фотоснимка к цифровому снимку с насыщенными цветами. Помимо того, что остается возможным получение пространственного строения исследуемого образца, для каждого пиксела создаваемого изображения получается масса другой оптической информации. Расшифровав эту оптическую информацию становится возможным идентифицировать отдельные атомы, разновидности молекул и получить подробную информацию о структуре электронного облака молекул.