Новый оптический микроскоп «видит» атомы — ученые обошли дифракцию

Международная группа исследователей разработала новый метод визуализации ULA-SNOM, которая позволяет оптическим микроскопам различать детали размером до 1 нанометра.

Современные оптические микроскопы широко используются в медицине и материаловедении, позволяя исследователям наблюдать за клетками, вирусами и поведением частиц в наноматериалах. Однако даже самые мощные микроскопы имеют фундаментальное ограничение, известное как дифракционный предел. Это не позволяет им четко видеть объекты размером менее 200 нанометров.

Из-за этого ограничения ученые не могли наблюдать за тем, как свет взаимодействует с отдельными атомами и молекулами. Это критически важно для дальнейшего развития материаловедения, электроники и квантовой физики.

Новый метод визуализации ULA-SNOM (сканирующе-близкопольная оптическая микроскопия со сверхнизкой амплитудой колебаний зонда) позволяет исследователям наблюдать за тем, как ведет себя свет на уровне отдельных атомов. До этого такие наблюдения можно было проводить только с помощью электронных микроскопов.

Чтобы преодолеть ограничения традиционной оптики, исследователи использовали метод, называемый сканирующей ближнепольной оптической микроскопией рассеивающего типа (s-SNOM). Металлическое острие освещается лазером и сканирует поверхность материала.

Свет рассеивается по поверхности, формируя узоры, обнаруживающие объекты в наномасштабе. Однако традиционные установки s-SNOM достигают разрешения всего в 10-100 нанометров. Используя новый подход, исследователи смогли довести колебания острия до невероятно низкого уровня. Острие совершало колебания с амплитудой от 0,5 до 1 нанометра, что примерно соответствует ширине трех атомов.

Это точное движение достаточно велико для регистрации оптических