211service.com
Eerste lens die nanometerbeelden produceert met zichtbaar licht
Als het op microscopie aankomt, is het kleinste wat je kunt oplossen beperkt door de golflengte van het licht dat je gebruikt. Bij zichtbaar licht is de grens ongeveer 200 nm, dat is ongeveer de grootte van een mazelenvirus.
Vandaag demonstreren Allard Mosk van de Universiteit Twente in Nederland en een paar vrienden een geheel nieuw type microscopie dat deze resolutie verdubbelt. Om te laten zien dat het werkt, gebruiken ze 561nm laserlicht om gouden nanodeeltjes van slechts 97 nanometer doorsnee af te beelden en zeggen dat het mogelijk moet zijn om het nog beter te doen.
Maar het meest verbazingwekkende aan deze techniek is de lens die wordt gebruikt. Mosk en co bereiken hun truc met behulp van een vlak stuk mat glas (dwz een transparante plaat die aan één kant is geëtst op een manier die het licht dat er doorheen gaat volledig verstrooit). Hier is hoe.
Stel je eerst voor wat deze matte plaat doet met een vlakke lichtgolf die er doorheen gaat. De vlakke golf raakt het geëtste oppervlak en verspreidt zich in alle richtingen. Een deel van het licht gaat dan verder in het glas, hoewel het golffront niet langer vlak is maar dramatisch vervormd. Het vervormde licht komt dan uit de andere (heldere) kant van het glas en verschijnt nu als een soort willekeurige spikkel.
Mosk en co nemen dit vervormde golffront op met een CCD-chip en bepalen de vorm.
Stel je nu de opstelling opnieuw voor met een klein verschil. Deze keer, voordat de vlakke lichtgolf het verstrooiende oppervlak raakt, sturen Mosk en co het door een ruimtelijke lichtmodulator die de golf op elke gewenste manier kan vervormen.
Mosk en co zouden de informatie uit het eerste experiment kunnen gebruiken om de inkomende golf precies op de juiste manier te buigen om de vervorming als gevolg van de verstrooiende laag op te heffen. Astronomen gebruiken deze benadering om licht van sterren te corrigeren dat door de atmosfeer wordt vervormd.
Maar eigenlijk gaan Mosk en maatjes verder. Ze vervormen de inkomende vlakke golf op zo'n manier dat de verstrooiende laag ervoor zorgt dat deze in een focus komt. Het belangrijkste punt is echter dat dit brandpunt veel strakker is dan kan worden bereikt met een gewone lens die alleen op breking vertrouwt. Dit is wat de hogere resolutie mogelijk maakt.
Hun apparatuur is zo nauwkeurig dat het precies kan bepalen waar het brandpunt verschijnt en het zelfs kan verplaatsen. Dat stelt hen in staat een beeld op te bouwen door het brandpunt heen en weer te scannen over het onderzochte object om een 2D-beeld op te bouwen.
Mosk en co demonstreren de techniek door gouden nanodeeltjes af te beelden van slechts 97 nm breed, maar zeggen dat het zou moeten werken tot 72 nm. Ons werk is de eerste lens die een resolutie geeft in het nanometerregime bij zichtbare golflengten, zeggen ze.
Dat is een elegante en krachtige techniek die breed kan worden toegepast. De lens, die eigenlijk een platte plak galliumfosfide is die aan één kant met zuur is geëtst, is goedkoop en gemakkelijk te maken. Het is ook vrij van de aberraties en vervormingen die conventionele op refractie gebaseerde ontwerpen teisteren.
Het is gemakkelijk voor te stellen dat het in veel laboratoria snel wordt toegepast.
Referentie: arxiv.org/abs/1103.3643 : Verstrooiingslens lost sub-100 nm-structuren op met zichtbaar licht
Je kunt The Physics arXiv Blog nu volgen op Twitter