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Gli scienziati hanno sviluppato nuovi materiali per l'elettronica di nuova generazione così minuscoli che non solo sono indistinguibili se imballati da vicino, ma non riflettono nemmeno abbastanza luce per mostrare dettagli fini, come i colori, anche con i microscopi ottici più potenti. Al microscopio ottico, i nanotubi di carbonio, ad esempio, appaiono grigiastri. L'incapacità di distinguere i minimi dettagli e le differenze tra i singoli pezzi di nanomateriali rende difficile per gli scienziati studiarne le proprietà uniche e scoprire modi per perfezionarli per l'uso industriale.
In un nuovo rapporto in Nature Communications , i ricercatori dell'UC Riverside descrivono una rivoluzionaria tecnologia di imaging che comprime la luce della lampada in un punto di dimensioni nanometriche. Tiene quella luce all'estremità di un nanofilo d'argento come uno studente di Hogwarts che pratica l'incantesimo "Lumos" e la usa per rivelare dettagli precedentemente invisibili, inclusi i colori.
Il progresso, migliorando la risoluzione dell'imaging a colori a un livello senza precedenti di 6 nanometri, aiuterà gli scienziati a vedere i nanomateriali in modo sufficientemente dettagliato da renderli più utili nell'elettronica e in altre applicazioni.
Ming Liu e Ruoxue Yan, professori associati presso il Marlan e il Rosemary Bourns College of Engineering della UC Riverside, hanno sviluppato questo strumento unico con una tecnica di superfocalizzazione sviluppata dal team. La tecnica è stata utilizzata in lavori precedenti per osservare la vibrazione dei legami molecolari con una risoluzione spaziale di 1 nanometro senza la necessità di alcuna lente di focalizzazione.
Nel nuovo rapporto, Liu e Yan hanno modificato lo strumento per misurare i segnali che coprono l'intera gamma di lunghezze d'onda visibili, che possono essere utilizzati per rendere il colore e rappresentare le strutture elettroniche delle bande dell'oggetto invece delle sole vibrazioni delle molecole. Lo strumento spreme la luce da una lampada al tungsteno in un nanofilo d'argento con dispersione o riflessione quasi zero, dove la luce viene trasportata dall'onda di oscillazione degli elettroni liberi sulla superficie dell'argento.
La luce condensata lascia la punta del nanofilo d'argento, che ha un raggio di soli 5 nanometri, in un percorso conico, come il raggio di luce di una torcia. Quando la punta passa sopra un oggetto, la sua influenza sulla forma e sul colore del raggio viene rilevata e registrata.
"È come usare il pollice per controllare lo spruzzo d'acqua da un tubo", ha detto Liu, "Sai come ottenere lo schema di spruzzatura desiderato cambiando la posizione del pollice, e allo stesso modo, nell'esperimento, leggiamo il modello di luce da recuperare i dettagli dell'oggetto che bloccano l'ugello luminoso da 5 nm."
La luce viene quindi focalizzata in uno spettrometro, dove forma una minuscola forma ad anello. Scansionando la sonda su un'area e registrando due spettri per ogni pixel, i ricercatori possono formulare l'assorbimento e la dispersione delle immagini con i colori. I nanotubi di carbonio originariamente grigiastri ricevono la loro prima fotografia a colori e ora un singolo nanotubo di carbonio ha la possibilità di mostrare il suo colore unico.
"Il nanofilo d'argento a punta affilata atomicamente liscio e il suo accoppiamento ottico e focalizzazione quasi privi di dispersione sono fondamentali per l'imaging", ha affermato Yan. "Altrimenti ci sarebbe un'intensa luce parassita sullo sfondo che rovinerebbe l'intero sforzo. "
I ricercatori si aspettano che la nuova tecnologia possa essere uno strumento importante per aiutare l'industria dei semiconduttori a realizzare nanomateriali uniformi con proprietà coerenti da utilizzare nei dispositivi elettronici. La nuova tecnica di nanoimaging a colori potrebbe essere utilizzata anche per migliorare la comprensione della catalisi, dell'ottica quantistica e della nanoelettronica.
Liu, Yan e Ma sono stati raggiunti nella ricerca da Xuezhi Ma, uno studioso post-dottorato presso la Temple University che ha lavorato al progetto come parte della sua ricerca di dottorato presso l'UCR Riverside. I ricercatori includevano anche gli studenti dell'UCR Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang e il professor Bryan Wong.
L'articolo è intitolato "Trasmissione ottica a super risoluzione a 6 nm e imaging spettroscopico a dispersione di nanotubi di carbonio utilizzando una sorgente di luce bianca su scala nanometrica". + Esplora ulteriormente
