​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

  • 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.
    1721
  • 28/10/2019

    Эксперимент на синхротроне поможет улучшить арсенид галлиевые сенсоры

    ​Радиофизик Анастасия Лозинская провела эксперимент на синхротроне Diamond Light Source в лаборатории Резерфорда — Эплтона в Великобритании. Она облучала пучком синхротронного излучения сенсор на основе арсенида галлия, компенсированного хромом (HR GaAs:Cr), созданный в ТГУ.
    172
  • 08/05/2019

    Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника.
    506
  • 20/08/2019

    Физики из Франции, США и РФ изучат формирование и спектры озона

    Команда физиков из Франции, США, и России (Томск, ТГУ) исследует механизмы формирования и распада озона (O3), его характеристики и свойства на молекулярном уровне при взаимодействии с радиацией. Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    282
  • 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.
    1997
  • 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.
    584
  • 27/11/2018

    ТПУ разработал и провел курс для преподавателей-атомщиков из 5 стран

    ​Сотрудники Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с "Технической академией Росатома" разработали и провели англоязычный курс повышения квалификации для ученых и преподавателей из Замбии, Нигерии, Египта, Сербии и Боливии, сообщает пресс-служба вуза.
    1022
  • 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.
    711
  • 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.
    2224
  • 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.
    1431