​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) предложили способ улучшить разрешение оптических микроскопов, работающих в режиме «на отражение», то есть способных визуализировать материалы, не пропускающие свет.

В качестве суперлинзы для микроскопа они использовали сферические диэлектрические частицы с показателем преломления, близким к воздуху. Цель авторского коллектива — приблизить разрешение оптических микроскопов в этом режиме до показателей самых зорких наноскопов. Последние результаты исследований опубликованы в одном из старейших научных журналов мира Annalen der Physik (IF: 3,039; Q1).

В последнее десятилетие активно развивается направление так называемых наноскопов — это одни из самых зорких микроскопов среди оптических, они обеспечивают разрешение в 50 нанометров в белом свете. В качестве линз в них используются диэлектрические сферические наночастицы, они работают в режиме «на пропускание». То есть объект визуализируется за счет пропускания излучения сквозь линзу. Однако существует целый спектр материалов, которые не прозрачны для излучения, и для исследования их свойств необходимы методы субволновой фокусировки в режиме «на отражение». К таким материалам, например, относятся металлы. Ранее авторский коллектив ТПУ показал, что сфокусировать излучение в режиме «на отражение» можно с помощью прямоугольных или полусферических частиц (публикации в журнале Optics Letters).

«Однако сферические частицы более просты в получении и применении, поэтому в своей последней работе мы использовали именно их. Размер частиц составляет несколько длин волн. Свет отражается от металлической подложки, на которой располагаются частицы, и фокусируется со стороны падения, около  поверхности частички. Если выполнить их в виде сферы, то она работает как линза, фокусирующая в обратном направлении. При этом у сферических частиц показатель преломления близок к единице, к показателю воздуха, в то время как в традиционных микроскопах он близок к 1,5. В результате, по сравнению с традиционными оптическими микроскопами, сферические частицы дали увеличение разрешения в режиме “на отражение” лучше дифракционного предела. В конечном итоге мы стремимся довести этот показатель до сравнимого с тем, что дают наноскопы в режиме “на пропускание”», — говорит профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Проводимые исследования лягут в основу принципов построения наноскопа, который может работать в двух режимах с высоким разрешением. 

«Возможность одновременного использования микроскопа в двух режимах обеспечивает дополнительную информацию о распределении сигналов ближнего поля и открывает новый и уникальный способ характеризации материалов и наноструктур. Можно будет с большей детализацией визуализировать ряд перспективных материалов и объектов. Например, поверхностные плазмонные волны — это электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль границы между металлом и диэлетриком. Их используют в плазмонных сенсорах для биохимических анализов, в микроэлектронике. Для их исследования необходимо очень высокое разрешение», — отмечает один из авторов статьи. 
Добавим, исследование проводится при финансовой поддержке по программе Sˆer Cymru Национальной исследовательской сети (Великобритания), стипендии «Навыки экономики знаний», а также в рамках Программы повышения конкурентоспособности Томского политехнического университета.

Справка:
Annalen der Physik — немецкий научный журнал, посвященный проблемам физики. Один из старейших научных журналов, издается с 1799 года. Публикует оригинальные статьи в области экспериментальной, теоретической, прикладной и математической физики, а также смежных областей.

Похожие новости

  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    207
  • 13/09/2018

    Физики научились следить за пучками частиц, не замедляя их

    ​Международный коллектив ученых, в который вошли исследователи из Томского политехнического университета, добился прямого наблюдения так называемого дифракционного излучения Вавилова — Черенкова в видимом диапазоне.
    109
  • 03/08/2016

    Разработки ТПУ помогут создать рентгеновский лазер, сканирующий организм на уровне молекул

    ​Томский политехнический университет заключил договор о научном сотрудничестве с Национальной Лабораторией DESY (Германия) - одним из крупнейших европейских физических центров.  В числе важнейших проектов DESY — создание рентгеновского лазера European XFEL.
    1031
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1156
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1337
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    1451
  • 11/10/2016

    Ученые из России и Болгарии создали лазер для точной навигации самолетов

    ​Сотрудники Томскго государственного университета (ТГУ) совместно со специалистами болгарской компании создали многоволновой лазер на парах металлов, который может обеспечивать более точную навигацию самолетов и судов в условиях плохой видимости.
    1038
  • 05/05/2017

    Ученые ТГУ создают полупроводники на основе сверхтонких органических пленок

    ​Ученые из Томского государственного университета научились выращивать полупроводники из органических молекул принципиально новым методом - самосборки из газовой фазы. Сверхтонкие пленочные структуры толщиной в несколько десятков молекул позволяют создавать полупроводники с улучшенными характеристиками для использования в устройствах нано и микроэлектроники.
    688
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    1521
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    831