Il Premio Nobel per la chimica 2014 ha riconosciuto un'importante ricerca di microscopia che ha consentito una risoluzione spaziale notevolmente migliorata. Questa innovazione, con conseguente risoluzione nanometrica, è stato reso possibile rendendo la sorgente (l'emettitore) dell'illuminazione piuttosto piccola e spostandola abbastanza vicino all'oggetto ripreso. Un problema con questo approccio è che in tale prossimità, l'emettitore e l'oggetto possono interagire tra loro, sfocando l'immagine risultante. Ora, un nuovo studio JQI ha mostrato come affinare ulteriormente la microscopia su nanoscala (nanoscopia) individuando meglio la posizione esatta della sorgente luminosa.

Limite di diffrazione

La microscopia tradizionale è limitata dalla diffrazione della luce intorno agli oggetti. Questo è, quando un'onda luminosa proveniente dalla sorgente colpisce l'oggetto, l'onda si disperderà un po'. Questa dispersione limita la risoluzione spaziale di un microscopio convenzionale a non meglio di circa la metà della lunghezza d'onda della luce utilizzata. Per la luce visibile, la diffrazione limita la risoluzione a non essere migliore di poche centinaia di nanometri.

Come allora, può la microscopia che utilizza la luce visibile raggiungere una risoluzione fino a diversi nanometri? Usando minuscole sorgenti luminose che non sono più grandi di pochi nanometri di diametro. Esempi di questi tipi di sorgenti luminose sono le molecole fluorescenti, nanoparticelle, e punti quantici. Il lavoro JQI utilizza punti quantici che sono minuscoli cristalli di un materiale semiconduttore che possono emettere singoli fotoni di luce. Se tali minuscole sorgenti luminose sono abbastanza vicine all'oggetto che deve essere mappato o ripreso, le caratteristiche su scala nanometrica possono essere risolte. Questo tipo di microscopia, chiamato "Imaging ad alta risoluzione, " supera il limite di diffrazione standard.

Distorsioni del dipolo dell'immagine

Il collega JQI Edo Waks e i suoi colleghi hanno eseguito mappature nanoscopiche del profilo del campo elettromagnetico attorno ai nanofili d'argento posizionando punti quantici (l'emettitore) nelle vicinanze. (Lavoro precedente:phys.org/news/2013-02-quantum- … probe-nanowires.html ). Hanno scoperto che l'imaging sub-lunghezza d'onda soffriva di un problema fondamentale, vale a dire che un "dipolo immagine" indotto nella superficie del nanofilo stava distorcendo la conoscenza della vera posizione del punto quantico. Questa incertezza nella posizione del punto quantico si traduce direttamente in una distorsione della misurazione del campo elettromagnetico dell'oggetto.

La distorsione deriva dal fatto che una carica elettrica posizionata vicino a una superficie metallica produrrà proprio un tale campo elettrico come se una carica negativa spettrale fosse situata tanto al di sotto della superficie quanto la carica originale è sopra di essa. Questo è analogo all'immagine che vedi quando ti guardi allo specchio; l'oggetto specchio sembra essere tanto dietro lo specchio quanto lo sei davanti. Il punto quantico non ha una carica elettrica netta ma ha un dipolo elettrico netto, un leggero spostamento di carica positiva e negativa all'interno del punto.

Così quando il punto si avvicina al filo, il filo sviluppa un dipolo elettrico "immagine" la cui emissione può interferire con l'emissione stessa del punto. Poiché la luce misurata dal punto è la sostanza del processo di imaging, la presenza di luce proveniente dal "dipolo immagine" può interferire con la luce proveniente direttamente dal punto. Ciò distorce la posizione percepita del punto di una quantità che è 10 volte superiore all'accuratezza spaziale prevista della tecnica di imaging (come se il nanofilo agisse come una sorta di specchio da luna park).

L'esperimento JQI ha misurato con successo l'effetto dipolo dell'immagine e ha mostrato adeguatamente che può essere corretto in circostanze appropriate. Il lavoro risultante fornisce una mappa più accurata dei campi elettromagnetici che circondano il nanofilo.

Gli scienziati del JQI hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

L'autore principale Chad Ropp (ora borsista post-dottorato presso l'Università della California, Berkeley) afferma che l'obiettivo principale dell'esperimento era quello di produrre immagini a super-risoluzione migliori:"Ogni volta che si utilizza un emettitore su scala nanometrica per eseguire l'imaging a super-risoluzione vicino a una struttura metallica o ad alto dielettrico, gli effetti immagine-dipolo possono causare errori. Perché questi effetti possono distorcere la misurazione della posizione del nano-emettitore e sono importanti da considerare per qualsiasi tipo di imaging super-risolto che esegua la mappatura spaziale".

"Storicamente gli scienziati hanno ipotizzato errori trascurabili nell'accuratezza delle immagini super-risolte, "dice Ropp. "Quello che stiamo mostrando qui è che ci sono effettivamente imprecisioni sostanziali e descriviamo una procedura su come correggerle".