Non sono le repliche di "The Jetsons", ma i ricercatori che lavorano presso il National Institute of Standards and Technology hanno sviluppato una nuova tecnica di microscopia che utilizza un processo simile a come un vecchio televisore a tubo produce un'immagine, la catodoluminescenza, per visualizzare le caratteristiche su scala nanometrica. Combinando le migliori caratteristiche della microscopia ottica ed elettronica a scansione, la velocità, versatile, e la tecnica ad alta risoluzione consente agli scienziati di visualizzare le caratteristiche della superficie e del sottosuolo potenzialmente di dimensioni fino a 10 nanometri.

La nuova tecnica di microscopia, descritto nel giornale I progressi dell'AIP , utilizza un fascio di elettroni per eccitare una serie di punti quantici appositamente progettati, facendo sì che emettano luce visibile a bassa energia molto vicino alla superficie del campione, sfruttando i cosiddetti effetti di luce "near field". Correlando gli effetti locali di questa luce emessa con la posizione del fascio di elettroni, le immagini spaziali di questi effetti possono essere ricostruite con risoluzione su scala nanometrica.

La tecnica elude nettamente due problemi nella microscopia su nanoscala, il limite di diffrazione che limita i microscopi ottici convenzionali a risoluzioni non migliori di circa la metà della lunghezza d'onda della luce (quindi circa 250 nm per la luce verde), e le energie relativamente elevate e i requisiti di preparazione del campione della microscopia elettronica che sono distruttivi per campioni fragili come i tessuti.

Il ricercatore del NIST Nikolai Zhitenev, co-sviluppatore della tecnica, ha avuto l'idea alcuni anni fa di utilizzare un rivestimento al fosforo per produrre luce per l'imaging ottico in campo vicino, ma in quel momento, non era disponibile fosforo abbastanza sottile. Fosfori spessi fanno divergere la luce, limitando fortemente la risoluzione dell'immagine. La situazione è cambiata quando i ricercatori del NIST hanno collaborato con i ricercatori di un'azienda che costruisce punti quantici altamente ingegnerizzati e ottimizzati per applicazioni di illuminazione. I punti quantici potrebbero potenzialmente fare lo stesso lavoro di un fosforo, ed essere applicato in un rivestimento sia omogeneo che abbastanza spesso da assorbire l'intero fascio di elettroni ma anche sufficientemente sottile in modo che la luce prodotta non debba viaggiare lontano dal campione.

Lo sforzo collaborativo ha scoperto che i punti quantici, che hanno un esclusivo design core-shell, prodotto efficientemente fotoni a bassa energia nello spettro visibile quando energizzato con un fascio di elettroni. Una potenziale fonte di luce a film sottile in mano, il gruppo ha sviluppato un processo di deposizione per legarli ai campioni come un film con uno spessore controllato di circa 50 nm.

Proprio come in un vecchio televisore a valvole in cui un raggio di elettroni si muove su uno schermo al fosforo per creare immagini, la nuova tecnica funziona scansionando un fascio di elettroni su un campione che è stato rivestito con i punti quantici. I punti assorbono l'energia degli elettroni e la emettono come luce visibile che interagisce con e penetra la superficie su cui è stata rivestita. Dopo aver interagito con il campione, i fotoni sparsi vengono raccolti utilizzando un fotorilevatore posizionato vicino, permettere di costruire un'immagine. La prima dimostrazione della tecnica è stata utilizzata per visualizzare la nanostruttura naturale del fotorilevatore stesso. Poiché sia ​​la sorgente luminosa che il rilevatore sono così vicini al campione, il limite di diffrazione non si applica, e oggetti molto più piccoli possono essere ripresi.

"Inizialmente, la nostra ricerca è stata guidata dal nostro desiderio di studiare come le disomogeneità nella struttura del fotovoltaico policristallino potrebbero influenzare la conversione della luce solare in elettricità e come questi dispositivi possono essere migliorati, " dice Heayoung Yoon, l'autore principale dell'articolo. "Ma ci siamo subito resi conto che questa tecnica poteva essere adattata anche ad altri regimi di ricerca, in particolare l'imaging per campioni biologici e cellulari, campioni bagnati, campioni con superfici ruvide, così come il fotovoltaico organico. Siamo ansiosi di rendere disponibile questa tecnica alla più ampia comunità di ricerca e di vedere i risultati".