Ученые Томского политехнического университете вместе с коллегами предложили использовать в наноскопах — самых мощных из ныне существующих оптических микроскопов — для получения изображения не микролинзы,  как в классической конфигурации, а специальные дифракционные решетки с золотыми пластинками.

Ведь микролинзы передают изображение маленькими «кусочками» (пикселами), а дифракционная решетка позволяет увидеть объект целиком. Такое новшество в перспективе поможет ускорить процесс получения изображения с наноскопа, притом что он ничуть не потеряет в «зоркости». Результаты исследования представлены в журнале Annalen der Physik (IF: 3,039; Q1).

Оптические микроскопы считаются самыми простыми. Однако долгое время считалось, что они не достаточно мощные, по сравнению, например, с электронными микроскопами. Все изменили наноскопы, предложенные в 2011 году. В них изображение получают с помощью маленьких сфер или прямоугольных частиц из кварцевого стекла, это изображение затем увеличивает обычная линза микроскопа. В наноскоп можно разглядеть объекты, размер которых составляет 50 нанометров, что в 20 раз превышает возможности обычного оптического микроскопа. С их помощью можно изучать живые вирусы (в том же электронном микроскопе нельзя — поток электронов просто убивает их) и внутренности клеток. Эта возможность делает наноскопы крайне перспективными устройствами для биологических исследований. Поэтому ученые из разных стран работают над увеличением разрешения наноскопов и их усовершенствованием.

Но изображение в наноскопе формируется «кусочками» — каждая микросфера фиксирует свой участок объекта в одной точке. Поэтому нужно делать или целую матрицу из большого числа сфер, или последовательно передвигать одну сферу, что занимает определенное время.

В качестве решения ученые ТПУ вместе с коллегами предложили использовать прямоугольную мезоразмерную фазовую дифракционную решетку (решетку, у которой период сравним с длиной волны используемого излучения). Это оптический прибор, представляющий собой поверхность с большим числом параллельных микроскопических штрихов или выступов.

«Обычная дифракционная решетка из диэлектрика в наноскопе дает слабое разрешение. Поэтому мы в каждый из штрихов предлагаем добавить маленькую золотую пластинку. Получается парадокс — металл же не пропускает свет, а разрешение тем не менее увеличивается. Почему? Здесь срабатывают одновременно несколько эффектов.

Это эффект аномальной амплитудной аподизации, резонанс Фабри - Перо и резонанс Фано. Вместе они и помогают увеличить разрешение, по сравнению с обычной дифракционной решеткой, до 0,3 λ. Это примерно такое же разрешение, как у наноскопа со сферическими частицами», — говорит руководитель проекта, доктор технических наук, старший научный сотрудник отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Теперь полученные при моделировании данные исследователям предстоит подтвердить в ходе экспериментов.

Добавим, статья в Annalen der Physik опубликована в соавторстве с учеными из Томского госуниверситета и Института оптики атмосферы имени В. Е. Зуева СО РАН.

Справка:

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из России и других стран уже внесли свой существенный вклад в исследования по увеличению разрешения наноскопов. Так, ранее они нашли способ увеличить его как минимум в 10 раз. Для этого они предложили использовать наносферы с небольшим углублением — по размеру меньше длины волны. 

Источники

Ученые предложили новую конфигурацию наноскопов
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Новости всемирной сети (news-w.com), 18/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Lenta-7day.ru, 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Новости России и Мира (novostidny.ru), 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Mukola.net, 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Индикатор (indicator.ru), 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
SMIonline (so-l.ru), 17/05/2019
Увидеть вирус. Наноскопы станут еще мощнее усилиями российских ученых
Поиск (poisknews.ru), 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Новости@Rambler.ru, 17/05/2019
Российские ученые предложили новую конфигурацию наноскопов
ИА Regnum, 17/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Kyivweekly.com, 18/05/2019
Сибирский наноскоп
Академгородок (academcity.org), 21/05/2019
Предложена новая конфигурация наноскопов
Nanonewsnet.ru, 21/05/2019

Похожие новости

  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    1148
  • 12/01/2017

    ТНЦ СО РАН: Как ракушка материаловедам помогла?

    В течение одиннадцати лет успешно развивается международное сотрудничество между отделом структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН и Харбинским инженерным университетом по направлению, связанному с разработкой многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов и моделированию процессов их разрушения.
    1831
  • 09/04/2019

    Три экспериментальные разработки томских ученых проверят на МКС

    ​Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и РКК «Энергия» вместе с ТПУ и ТГУ готовят эксперименты, которые проведут на Международной космической станции. Как сообщили НИА Томск в пресс-службе администрации Томской области, ученые ИФПМ СО РАН и ТПУ завершили разработку конструкторской документации для изготовления российского 3D-принтера, который сможет работать в космосе и изготавливать детали из полимерного волокна на борту МКС.
    397
  • 26/10/2016

    Новый вектор развития: итоги конференции «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций»

    Достижения современного материаловедения обеспечивают безопасность авиаперевозок, применяются в медицине, помогают в освоении дальнего космоса и в развитии атомной энергетики, транспорта и новых производственных технологий, - иными словами, там, где стандартные решение не работают.
    2145
  • 10/03/2017

    Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН в числе победителей конкурса Лазерной ассоциации

    ​На 12-й международной специализированной выставке лазерной, оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника. Мир лазеров и оптики-2017» подведены итоги традиционного конкурса Лазерной ассоциации на лучшую отечественную разработку в области лазерной аппаратуры и лазерно-оптических технологий.
    2502
  • 06/02/2019

    Молодым учёным ИОА СО РАН присуждены премии Президента Российской Федерации

     5 февраля были объявлены имена лауреатов премии президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2018 год. Среди них сотрудники Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН Евгений Горлов и Виктор Жарков.
    839
  • 09/01/2019

    Новая методика теплоснабжения уменьшит котлы и выбросы

    ​Российские ученые разработали новую экологичную и экономичную методику теплоснабжения домовых хозяйств и предприятий. В ее основе — использование оборудования, сжигающего топливо с помощью специальных твердых и прочных пористых металлокерамических материалов, а не с помощью горелочных факелов, как это делается в классических котлах.
    461
  • 20/05/2017

    ФАНО России и «Роскосмос» вышли на орбиту сотрудничества

    ​В Томске состоялось совещание Межведомственного проектного офиса ФАНО России и ГК "Роскосмос". На встрече представители ФАНО России, госкорпорации "Роскосмос", академических институтов, администрации Томской области, вузов и предприятий космической отрасли обсудили вопросы координации работ по созданию российского электронно-лучевого оборудования и технологий для аддитивного производства металлических крупногабаритных деталей (3D-печати) для ракетно-космической техники.
    1515
  • 07/05/2018

    Томские ученые разрабатывают материал для производства имплантатов

    ​Ученые томского Института физики прочности и материаловедения СО РАН работают над получением биоинертных сплавов с низким модулем упругости для производства медицинских имплантатов. Сегодня самый распространенный материал для имплантатов - технически чистый титан, модуль упругости которого составляет около 120 гигапаскалей.
    688
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    3344