Разрешение наноскопов увеличили в 10 раз

Российские ученые с китайскими коллегами нашли простой способ, как сделать самые мощные оптические микроскопы — наноскопы — еще более зоркими. Для этого они предложили использовать наносферы с небольшим углублением, которое играет роль микролинзы, за счет чего и увеличивается разрешение. Моделирование и расчеты показали, что таким образом разрешение можно увеличить как минимум в 10 раз, в то время как традиционные наноскопы позволяют увидеть объекты размером до 50 нанометров. Результаты исследования опубликованы в журнале в журнале Nanomaterials.

Разрешение обычных оптических микроскопов ограничено длиной волны света. Увидеть с их помощью объекты размером меньше 200 нанометров практически невозможно. Есть более мощные электронные микроскопы, однако в них нельзя рассматривать живые объекты, например, живой вирус. Поток электронов, используемый в них, моментально убивает все живое. Поэтому улучшение разрешения оптических микроскопов важно для исследований живых объектов.

В 2011 году был предложен оптический микроскоп нового поколения — наноскоп. Ученые добавили к конструкции микроскопа маленькую сферу из кварцевого стекла. Она помогает улучшить изображение, которое затем увеличивает обычная линза микроскопа.

Принцип работы наноскопа основан на эффекте «фотонной струи» — это фокус, который образуется у поверхности сферы, которая сама находится в фокусе линзы. И эта «фотонная струя», позволившая увеличить разрешение, в итоге сама стала камнем преткновения для поиска путей дальнейшего увеличения разрешения.

«Чтобы увеличить разрешение, нужно уменьшить поперечный размер струи. Но сделать это меньше определенного значения не позволяют законы физики. Для решения этой проблемы ученые в разных странах предлагали и предлагают свои решения, но все они не дают какого-то принципиального увеличения разрешения, — говорит Игорь Минин, руководитель проекта, доктор технических наук, старший научный сотрудник отделения электронной инженерии ТПУ. — Мы из этого положения вышли следующим образом: в этой сфере мы сделали углубление по размеру меньше длины волны, и электромагнитное поле стало локализоваться в нем. Поэтому в данном случае вблизи поверхности сферы разрешение будет определяться диаметром углубления».

Такое углубление дает эффект еще одной микролинзы. Причем при таком подходе разрешающая способность зависит не от линз микроскопа, а от размера углубления в сфере. Чем оно меньше, тем выше разрешение.

«Поэтому в теории можно еще больше увеличить разрешение. Моделирование и расчеты позволили нам показать, что разрешение можно довести до значения в десятки раз меньше длины волны», — отмечает Игорь Минин.

С таким увеличением в перспективе с помощью наноскопа можно будет рассмотреть, например, структуру вируса. Но каков предел увеличения разрешения — на этот вопрос должны будут ответить последующие эксперименты.

«Такие микросферы с углублением представляют интерес не только для оптической микроскопии, но и для нанолитографии, синтеза новых материалов, оптических ловушек, наномодификации поверхности и других областей», — говорит исследователь.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.