Лазерный мир

Ученые впервые смогли достичь атомного разрешения с помощью света, что ранее считалось возможным только в электронных микроскопах. Новый метод ULA-SNOM преодолел дифракционный предел оптики и позволил различить структуры на уровне отдельных атомов.

Исследователи разработали технику ULA-SNOM (ultralow tip oscillation amplitude scattering-type scanning near-field optical microscopy), в которой металлический зонд из полированного серебра колеблется с амплитудой всего 0,5–1 нм — сопоставимой с шириной нескольких атомов. Это обеспечило уникальную точность оптической визуализации без использования электронных лучей.

Лазер с длиной волны 633 нм фокусировался на зонд, создавая плазмонную нанополость — локализованное световое поле объемом около 1 нм3 между зондом и исследуемой поверхностью. Эксперимент проводился при температуре 8 K и в условиях сверхвысокого вакуума, что обеспечило исключительную стабильность. Для усиления сигнала применялся метод самогомодинного детектирования, повышающий точность измерений за счет фильтрации фонового света.

С помощью ULA-SNOM ученые смогли оптически визуализировать кремниевые островки толщиной в один атом, размещенные на серебряной подложке. Метод позволил четко различить границу между кремнием и серебром по их оптическому отклику, подтвердив, что технология обеспечивает оптический контраст с атомным разрешением.

Техника позволяет одновременно собирать данные не только об оптических свойствах, но и о проводимости и межатомных силах благодаря встроенным возможностям сканирующей туннельной микроскопии (STM) и атомно-силовой микроскопии (AFM). Анализ колебаний зонда на различных гармониках позволил изолировать сигналы разного типа. Особенно четко различия между материалами проявились на четвертой гармонике, где был получен максимально чистый оптический сигнал.

Разрешающая способность ULA-SNOM достигла 1 нм, сопоставимого с разрешением лучших сканирующих туннельных микроскопов. Впервые стало возможным наблюдать, как отдельные атомы и дефекты влияют на оптические свойства материалов. Это открывает путь к точному проектированию наноструктур, созданию новых фотонных материалов и более эффективных солнечных элементов.

Хотя метод требует криогенных температур, сверхвысокого вакуума и специализированного оборудования, ученые надеются, что в будущем технология станет более доступной и масштабируемой.

Источник: https://club.dns-shop.ru/digest/149039-opticheskii-mikroskop-dostig-razresheniya-1-nm-i-pozvolil-razglyadet/