Ученые разработали новые материалы для электроники следующего поколения, настолько крошечные, что они не только неотличимы при плотной упаковке, но и не отражают достаточно света, чтобы показать мелкие детали, такие как цвета, даже с самыми мощные оптические микроскопы. Например, под оптическим микроскопом углеродные нанотрубки выглядят сероватыми.

Неспособность различать мелкие детали и различия между отдельными частями наноматериалов затрудняет для ученых изучение их уникальных свойств и поиск способов усовершенствования их для промышленного использования.

В новом отчете в Nature Communications исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде описывают революционную технологию визуализации, которая сжимает свет лампы в пятно нанометрового размера. Он держит этот свет на конце серебряной нанопроволоки, как студент Хогвартса, практикующий заклинание «Люмос», и использует его для выявления ранее невидимых деталей, включая цвета.

Прогресс, улучшающий разрешение цветных изображений до беспрецедентного уровня в 6 нанометров, поможет ученым увидеть наноматериалы достаточно подробно, чтобы сделать их более полезными в электронике и других приложениях.

Мин Лю и Руосюэ Янь, доценты инженерного колледжа Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, разработали этот уникальный инструмент с помощью методики суперфокусировки, разработанной командой. Этот метод использовался в предыдущей работе для наблюдения колебаний молекулярных связей с пространственным разрешением в 1 нанометр без необходимости использования какой-либо фокусирующей линзы.

В новом отчете Лю и Янь модифицировали инструмент для измерения сигналов, охватывающих весь видимый диапазон длин волн, который можно использовать для передачи цвета и изображения электронных полосовых структур объекта, а не только колебаний молекул. Инструмент сжимает свет от вольфрамовой лампы в серебряную нанопроволоку с почти нулевым рассеянием или отражением, где свет переносится колебательной волной свободных электронов на поверхности серебра.

Конденсированный свет покидает наконечник серебряной нанопроволоки, имеющий радиус всего 5 нанометров, по конической траектории, как луч света от фонарика. Когда наконечник проходит над объектом, его влияние на форму и цвет луча обнаруживается и регистрируется.

«Это похоже на использование большого пальца для управления разбрызгиванием воды из шланга», Лю сказал, «Вы знаете, как добиться желаемой формы распыления, изменив положение большого пальца, и то же самое. , в эксперименте мы считываем световую диаграмму, чтобы выявить детали объекта, блокирующего световое сопло размером 5 нм ».

Затем свет фокусируется в спектрометр, где он формирует крошечную форму кольца. Сканируя зондом область и записывая два спектра для каждого пикселя, исследователи могут сформулировать изображения поглощения и рассеяния с помощью цветов. Первоначально сероватые углеродные нанотрубки получают свою первую цветную фотографию, а отдельная углеродная нанотрубка теперь имеет шанс показать свой уникальный цвет.

« Атомарно-гладкая серебряная нанопроволока с острым концом и ее оптическая связь и фокусировка практически без рассеяния имеют решающее значение для получения изображений», – сказал Ян. «В противном случае на заднем плане будет интенсивный рассеянный свет, который разрушит все усилия».

Исследователи ожидают, что новая технология может стать важным инструментом, который поможет полупроводниковой промышленности создавать однородные наноматериалы с одинаковыми свойствами для использования в электронных устройствах. Новый метод полноцветного наноизображения также может быть использован для улучшения понимания катализа, квантовой оптики и наноэлектроники.

Лю, Янь и Ма присоединились к исследованию Сюэчжи Ма, научного сотрудника Университета Темпл, который работал над этим проектом в рамках своего докторского исследования в UCR Riverside. В число исследователей также входили студенты UCR Цюши Лю, Нин Ю, Да Сюй, Санггон Ким, Зебин Лю, Кайли Цзян и профессор Брайан Вонг. Документ под названием « Оптическое пропускание и рассеяние 6 нм со сверхвысоким разрешением, спектроскопическое изображение углеродных нанотрубок с использованием источника белого света нанометрового масштаба, » доступен здесь.

Источник: https://www.ucr.edu/[19459007visible