Ученые предложили новую конфигурацию наноскопов

| 917

Ученые Томского политехнического университете вместе с коллегами предложили использовать в наноскопах — самых мощных из ныне существующих оптических микроскопов — для получения изображения не микролинзы,  как в классической конфигурации, а специальные дифракционные решетки с золотыми пластинками. Ведь микролинзы передают изображение маленькими «кусочками» (пикселами), а дифракционная решетка позволяет увидеть объект целиком. Такое новшество в перспективе поможет ускорить процесс получения изображения с наноскопа, притом что он ничуть не потеряет в «зоркости». Результаты исследования представлены в журнале Annalen der Physik (IF: 3,039; Q1).

Фото: структура решетки / Annalen der Physik

Оптические микроскопы считаются самыми простыми. Однако долгое время считалось, что они не достаточно мощные, по сравнению, например, с электронными микроскопами. Все изменили наноскопы, предложенные в 2011 году. В них изображение получают с помощью маленьких сфер или прямоугольных частиц из кварцевого стекла, это изображение затем увеличивает обычная линза микроскопа. В наноскоп можно разглядеть объекты, размер которых составляет 50 нанометров, что в 20 раз превышает возможности обычного оптического микроскопа. С их помощью можно изучать живые вирусы (в том же электронном микроскопе нельзя — поток электронов просто убивает их) и внутренности клеток. Эта возможность делает наноскопы крайне перспективными устройствами для биологических исследований. Поэтому ученые из разных стран работают над увеличением разрешения наноскопов и их усовершенствованием.

Но изображение в наноскопе формируется «кусочками» — каждая микросфера фиксирует свой участок объекта в одной точке. Поэтому нужно делать или целую матрицу из большого числа сфер, или последовательно передвигать одну сферу, что занимает определенное время.

В качестве решения ученые ТПУ вместе с коллегами предложили использовать прямоугольную мезоразмерную фазовую дифракционную решетку (решетку, у которой период сравним с длиной волны используемого излучения). Это оптический прибор, представляющий собой поверхность с большим числом параллельных микроскопических штрихов или выступов.

«Обычная дифракционная решетка из диэлектрика в наноскопе дает слабое разрешение. Поэтому мы в каждый из штрихов предлагаем добавить маленькую золотую пластинку. Получается парадокс — металл же не пропускает свет, а разрешение тем не менее увеличивается. Почему? Здесь срабатывают одновременно несколько эффектов.

Это эффект аномальной амплитудной аподизации, резонанс Фабри - Перо и резонанс Фано. Вместе они и помогают увеличить разрешение, по сравнению с обычной дифракционной решеткой, до 0,3 λ. Это примерно такое же разрешение, как у наноскопа со сферическими частицами», — говорит руководитель проекта, доктор технических наук, старший научный сотрудник отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Теперь полученные при моделировании данные исследователям предстоит подтвердить в ходе экспериментов.

Добавим, статья в Annalen der Physik опубликована в соавторстве с учеными из Томского госуниверситета и Института оптики атмосферы имени В. Е. Зуева СО РАН.

Справка:

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из России и других стран уже внесли свой существенный вклад в исследования по увеличению разрешения наноскопов. Так, ранее они нашли способ увеличить его как минимум в 10 раз. Для этого они предложили использовать наносферы с небольшим углублением — по размеру меньше длины волны.