Наночастицы и дешевый лазер могут сделать микроскопы в 10 раз лучше

Чрезвычайно мощные и дешевые микроскопы могут стать результатом новых исследований, которые нашли простой способ усиления света.

На данный момент, чтобы увидеть такие мелочи, как белки или транзисторы в компьютерных чипах, нужен электронный микроскоп или даже более дорогая и неудобная технология.

Это препятствует развитию наноразмерной науки, особенно в области медицинских исследований и производства компьютерных чипов. Неспособность обнаружить нано-неисправности в компьютерных чипах может стоить миллиарды долларов.

Но исследование международной группы исследователей, опубликованное в журнале Science Advances, позволило найти метод, который может привести к гораздо более простому увеличению.

«Если мы посмотрим под микроскопом, мы сможем увидеть довольно маленькие объекты, но не бесконечно маленькие», — говорит старший автор доктор Сергей Крук, научный сотрудник Центра нелинейной физики Австралийского национального университета (ANU).

«Пределом являются длины волн света. Существует уравнение, которое может точно определить наименьший размер, который вы можете увидеть в любом конкретном микроскопе, но, грубо говоря, вы можете видеть объекты размером в половину длины волны света».

Нужен объяснитель по свету? Читайте: Что такое свет?

Волны фиолетового света имеют самую короткую длину среди видимого света — около 400 нанометров (нм). Его еще называют высокочастотным видимым светом: чем выше частота, тем короче длина волны.

Это означает, что трудно увидеть что-либо меньше 200 нм: большинство молекул и все атомы намного меньше этого размера.

Один из способов обойти эту проблему — использовать невидимый свет с меньшими длинами волн.

«Если вы используете крайний ультрафиолетовый свет с длиной волны 100 нанометров, вы сможете увидеть что-то размером около 50 нанометров», — говорит Крук.

Но получить свет с такой короткой длиной волны непросто.

«Природных источников крайнего ультрафиолета не существует, а искусственные источники редки, чрезвычайно громоздки и чрезвычайно дороги», — говорит Крук.

Получайте обновления научных историй прямо на свой почтовый ящик.

«Например, синхротроны могут генерировать экстремальный ультрафиолетовый свет. Но эти машины могут быть размером от комнаты до размера здания или размера небольшого города. Лазеры на свободных электронах могут генерировать экстремальный ультрафиолетовый свет, но, опять же, эти это очень большие и очень дорогие установки.

«Поэтому единственный путь, который, насколько я понимаю, мы знаем сегодня, чтобы получить источники крайнего ультрафиолетового света размером со столешницу или коробку из-под обуви, — это процесс, называемый генерацией высоких гармоник. И это то, что мы пытались реализовать».

Исследователи еще не приступили к работе с экстремальным ультрафиолетовым излучением, но они показали, что могут превращать низкочастотные источники света в более высокие частоты.

«Мы начали с обычного источника света, лазера — в нашем случае инфракрасного [света]», — говорит Крук.

«Мы излучаем короткие всплески световых импульсов из лазера на одну наночастицу. И наночастица генерирует частоту, кратную частоте этого лазера. Она генерирует удвоенную частоту, трехкратную частоту, четырехкратную частоту и так далее. В нашем случае частота была обнаружена в семь раз выше».

На самом деле это выглядело как невидимый низкочастотный инфракрасный свет, ставший видимым синим светом.

«Мы думаем, что если мы применим те же принципы к установке, в которой мы начинаем с красного света, и умножаем частоту в семь раз, это должно привести нас к крайнему ультрафиолету», — говорит Крук.

«Это коммерческий лазер, который может быть довольно компактным и довольно доступным. И затем он создан из наночастиц, что является новинкой наших исследований. Наша команда сама спроектировала и изготовила эти частицы».

У них также нет физической причины останавливаться на семи умножениях – это было просто наибольшее число, которое они могли обнаружить с помощью используемого оборудования.

Далее команда собирается опробовать крайний ультрафиолетовый свет, а также посмотреть, смогут ли они продемонстрировать его практическое использование.