Sondaggio in campo vicino con un singolo QD. un. Immagine ottica del dispositivo microfluidico a canale incrociato. Il flusso nella regione di controllo centrale (cerchio tratteggiato) è manipolato in due dimensioni da quattro elettrodi esterni (non mostrati). Barra della scala, 500μm. (b) Schema della tecnica di posizionamento e imaging. Un singolo QD è guidato lungo una traiettoria vicino al filo tramite il controllo del flusso. L'accoppiamento tra QD e AgNW viene misurato dall'intensità irradiata dalle estremità del filo o dalle misurazioni della durata QD. L'inserto mostra un'immagine al microscopio elettronico a scansione di un tipico AgNW utilizzato nei nostri esperimenti (barra della scala, 1µm). Il sistema di coordinate x-y è definito rispetto all'orientamento dell'AgNW, come illustrato nell'inserto.
(Phys.org)—Trovare modi per vedere, posizione, misurare, e manipolare accuratamente gli oggetti su scala nanometrica è una sfida continua per i ricercatori che sviluppano la prossima generazione di elettronica ultracompatta, sensori e dispositivi ottici. Anche i microscopi convenzionali più avanzati sono limitati dalla diffrazione della lunghezza d'onda più corta della luce visibile, circa 400 nanometri, rendendoli incapaci di produrre immagini o misurazioni di oggetti che sono significativamente inferiori a questa soglia.
I ricercatori tentano di risolvere questo problema utilizzando "sonde di segnalazione". Un microscopio ottico a scansione in campo vicino (NSOM), Per esempio, è dotato di una sonda collegata a una punta meccanica fine che può scansionare un oggetto su scala nanometrica e creare un'immagine basata sul campo elettromagnetico che genera. Ma gli NSOM sono complessi, apparecchiature delicate e costose, e la presenza della punta disturba l'interazione tra la sonda e il campione, distorcendo l'immagine.
Un nuovo studio dei ricercatori dell'Università del Maryland (UMD), pubblicato il 5 febbraio, Numero 2013 della rivista Nature Communications, descrive una nuova tecnica per l'imaging molto al di sotto del limite di diffrazione utilizzando una particella che è molto più piccola della lunghezza d'onda della luce come sonda ottica. La particella viene manipolata con alta precisione utilizzando un dispositivo microfluidico economico. La svolta ha consentito ai ricercatori di acquisire misurazioni su nanoscala con una precisione spaziale di 12 nanometri.
Punti quantici:riflettori nanoscopici in un fiume microscopico
Un punto quantico è una dimensione di 3-6 nanometri, particella semiconduttrice circa 25 volte il diametro di un singolo atomo. A temperatura ambiente, i punti quantici possono emettere singoli fotoni di luce che possono essere sintonizzati su una lunghezza d'onda desiderata. Questo le rende sonde ideali per l'esame di nanostrutture più piccole della soglia di luce visibile. Posizionato vicino a un oggetto su scala nanometrica, il punto quantico diventa una sorta di riflettore che amplifica ciò che il microscopio da solo non può vedere.
Il problema? È difficile catturare e scansionare un singolo punto quantico su un altro oggetto su scala nanometrica.
La soluzione del team UMD risiede in un dispositivo microfluidico che manipola e posiziona i punti quantici utilizzando un controllo di flusso di precisione. Un algoritmo informatico analizza i punti dispersi all'interno, selezionandone uno come sonda segnalante. Poiché il dispositivo microfluidico crea un flusso di fluido, il punto mirato inizia a muoversi. Un processo di feedback guidato dalle immagini tiene costantemente traccia della posizione del punto e regola il flusso di conseguenza. Per esempio, se si osserva che il punto si trova a nord-ovest della posizione desiderata, viene creato un flusso sud-est per spostarlo in posizione.
Questa tecnica offre ai ricercatori la capacità di manipolare con precisione un singolo punto, guidandolo rapidamente verso le posizioni desiderate, e tenendolo in ogni posizione con una precisione nanometrica in modo che possa essere utilizzato per scansionare oggetti. Viene misurata la risposta del punto a ciascun oggetto scansionato, fornendo informazioni sui campi elettromagnetici dell'oggetto con risoluzione su scala nanometrica. Poiché nulla di meccanico tocca il punto quantico o influisce sulla sua interazione con gli oggetti che scansiona, le immagini prodotte sono prive di distorsioni, pulito e tagliente.
Un Superiore, Tecnica meno costosa
"In altre tecniche di manipolazione delle particelle, ad esempio le pinzette laser, la forza applicata a una particella si ridimensiona con il suo volume, " spiega il Prof. Benjamin Shapiro della Clark School of Engineering (Fischell Department of Bioengineering e Institute for Systems Research), uno dei coautori del documento. "Ma le forze viscose applicate dal flusso del fluido scalano con il diametro della particella. Alla nanoscala, il flusso del fluido ha un effetto maggiore sulla particella rispetto alle tecniche concorrenti, permettendoci di muoverci, guidare e immobilizzare il punto quantico più facilmente e accuratamente."
Oltre alla sua superiorità tecnica, il nuovo sistema di manipolazione su nanoscala è molto meno costoso della microscopia ottica a scansione in campo vicino, che richiede attrezzature che costano centinaia di migliaia di dollari.
"La nuova tecnica è più versatile, più facile da implementare, e più accurata di un ordine di grandezza rispetto alla convenzionale microscopia ottica a scansione del campo vicino, "dice il collega di Shapiro, Prof. Edo Waks (Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica e Istituto di Ricerca in Elettronica e Fisica Applicata). "Fondamentalmente, possiamo prendere un microscopio, aggiungere un dispositivo microfluidico usa e getta, e superare le capacità di un NSOM a una frazione del costo e della complessità.
"Uno studente potrebbe costruire il dispositivo microfluidico di base a due canali utilizzato nel processo, utilizzando tecniche standard di fabbricazione morbida, in meno di un'ora per meno di $ 50, " Aggiunge.
Il team UMD spera di confezionare tutti i componenti di sistema necessari in un prodotto aggiuntivo economico per i microscopi.
