Tecnologia Científica

A nova fotografia colorida usando uma sonda de alta eficiência pode focalizar a luz branca em um ponto de 6 nanômetros
Em um novo relatório na Nature Communications , pesquisadores da UC Riverside descrevem uma tecnologia de imagem revolucionária que comprime a luz da lâmpada em um ponto do tamanho de nanômetros.
Por Holly Ober - 25/11/2021


Domínio público

Os cientistas desenvolveram novos materiais para eletrônicos de última geração tão pequenos que não são apenas indistinguíveis quando compactados, mas também não refletem luz suficiente para mostrar detalhes finos, como cores, mesmo com os microscópios ópticos mais poderosos. Sob um microscópio óptico, os nanotubos de carbono, por exemplo, parecem acinzentados. A incapacidade de distinguir pequenos detalhes e diferenças entre peças individuais de nanomateriais torna difícil para os cientistas estudar suas propriedades únicas e descobrir maneiras de aperfeiçoá-los para uso industrial.

Em um novo relatório na Nature Communications , pesquisadores da UC Riverside descrevem uma tecnologia de imagem revolucionária que comprime a luz da lâmpada em um ponto do tamanho de nanômetros. Ele mantém essa luz no final de um nanofio de prata, como um aluno de Hogwarts praticando o feitiço "Lumos", e a usa para revelar detalhes antes invisíveis, incluindo cores.

O avanço, melhorando a resolução da imagem colorida para um nível sem precedentes de 6 nanômetros, ajudará os cientistas a ver os nanomateriais com detalhes suficientes para torná-los mais úteis na eletrônica e em outras aplicações.

Ming Liu e Ruoxue Yan, professores associados na Faculdade de Engenharia de Marlan e Rosemary Bourns da UC Riverside, desenvolveram esta ferramenta única com uma técnica de superfoco desenvolvida pela equipe. A técnica já foi usada em trabalhos anteriores para observar a vibração de ligações moleculares em resolução espacial de 1 nanômetro, sem a necessidade de qualquer lente de foco.

No novo relatório, Liu e Yan modificaram a ferramenta para medir sinais abrangendo toda a faixa de comprimento de onda visível, que pode ser usada para renderizar a cor e representar as estruturas de banda eletrônica do objeto em vez de apenas vibrações da molécula. A ferramenta comprime a luz de uma lâmpada de tungstênio em um nanofio de prata com dispersão ou reflexão quase zero, onde a luz é transportada pela onda de oscilação de elétrons livres na superfície da prata.

A luz condensada sai da ponta do nanofio de prata, que tem raio de apenas 5 nanômetros, em um caminho cônico, como o feixe de luz de uma lanterna. Quando a ponta passa sobre um objeto, sua influência na forma e na cor do feixe é detectada e registrada.

"É como usar o polegar para controlar o jato de água de uma mangueira", disse Liu, "Você sabe como obter o padrão de pulverização desejado mudando a posição do polegar e, da mesma forma, no experimento, lemos o padrão de luz para recuperar os detalhes do objeto bloqueando o bocal de luz de 5 nm. "

A luz é então focada em um espectrômetro, onde forma um minúsculo anel. Ao escanear a sonda sobre uma área e registrar dois espectros para cada pixel, os pesquisadores podem formular as imagens de absorção e espalhamento com cores. Os nanotubos de carbono originalmente acinzentados recebem sua primeira fotografia colorida, e um nanotubo de carbono individual agora tem a chance de exibir sua cor única.

"O nanofio de prata com ponta afiada atomicamente lisa e seu acoplamento óptico quase sem dispersão e focalização são essenciais para a imagem", disse Yan. "Caso contrário, haveria uma luz intensa dispersa no fundo que arruinaria todo o esforço."

Os pesquisadores esperam que a nova tecnologia possa ser uma ferramenta importante para ajudar a indústria de semicondutores a fazer nanomateriais uniformes com propriedades consistentes para uso em dispositivos eletrônicos. A nova técnica de nano-imagem colorida também pode ser usada para melhorar a compreensão da catálise, óptica quântica e nanoeletrônica.

Liu, Yan e Ma foram acompanhados na pesquisa por Xuezhi Ma, um pós-doutorado na Temple University que trabalhou no projeto como parte de sua pesquisa de doutorado na UCR Riverside. Os pesquisadores também incluíram alunos da UCR Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang e o professor Bryan Wong.

O artigo é intitulado "Transmissão óptica de super-resolução de 6 nm e imagem espectroscópica de espalhamento de nanotubos de carbono usando uma fonte de luz branca em escala nanométrica ."

 

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