Wetenschappers hebben nieuwe materialen ontwikkeld voor elektronica van de volgende generatie die zo klein zijn dat ze niet alleen niet te onderscheiden zijn als ze dicht op elkaar staan, maar ze reflecteren ook niet genoeg licht om fijne details, zoals kleuren, weer te geven met zelfs de krachtigste optische microscopen. Onder een optische microscoop zien koolstofnanobuisjes er bijvoorbeeld grijsachtig uit. Het onvermogen om fijne details en verschillen tussen afzonderlijke stukjes nanomaterialen te onderscheiden, maakt het moeilijk voor wetenschappers om hun unieke eigenschappen te bestuderen en manieren te ontdekken om ze te perfectioneren voor industrieel gebruik.

In een nieuw rapport in Nature Communications , beschrijven onderzoekers van UC Riverside een revolutionaire beeldtechnologie die lamplicht comprimeert tot een plek ter grootte van een nanometer. Het houdt dat licht vast aan het einde van een zilveren nanodraad, zoals een student van Zweinstein die de "Lumos"-spreuk oefent, en gebruikt het om voorheen onzichtbare details, inclusief kleuren, te onthullen.

De vooruitgang, die de resolutie van kleurenafbeeldingen verbetert tot een ongekend niveau van 6 nanometer, zal wetenschappers helpen nanomaterialen in voldoende detail te zien om ze nuttiger te maken in elektronica en andere toepassingen.

Ming Liu en Ruoxue Yan, universitair hoofddocenten aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering van UC Riverside, ontwikkelden deze unieke tool met een superfocustechniek die door het team is ontwikkeld. De techniek is in eerder werk gebruikt om de vibratie van moleculaire bindingen te observeren met een ruimtelijke resolutie van 1 nanometer zonder dat er een focuslens nodig is.

In het nieuwe rapport hebben Liu en Yan de tool aangepast om signalen te meten die het hele zichtbare golflengtebereik overspannen, wat kan worden gebruikt om de kleur weer te geven en de elektronische bandstructuren van het object weer te geven in plaats van alleen molecuultrillingen. De tool perst het licht van een wolfraamlamp in een zilveren nanodraad met bijna nul verstrooiing of reflectie, waarbij het licht wordt gedragen door de oscillatiegolf van vrije elektronen op het zilveren oppervlak.

Het gecondenseerde licht verlaat de zilveren nanodraadtip, die een straal van slechts 5 nanometer heeft, in een conische baan, zoals de lichtstraal van een zaklamp. Wanneer de punt over een object gaat, wordt de invloed ervan op de vorm en kleur van de straal gedetecteerd en geregistreerd.

"Het is alsof je je duim gebruikt om de waterstraal uit een slang te regelen," zei Liu, "je weet hoe je het gewenste spuitpatroon kunt krijgen door de duimpositie te veranderen, en op dezelfde manier lezen we in het experiment het lichtpatroon om terug te halen de details van het object dat de lichtstraal van 5 nm blokkeert."

Het licht wordt vervolgens gefocusseerd in een spectrometer, waar het een kleine ringvorm vormt. Door de sonde over een gebied te scannen en twee spectra voor elke pixel op te nemen, kunnen de onderzoekers de absorptie- en verstrooiingsbeelden met kleuren formuleren. De oorspronkelijk grijsachtige koolstofnanobuisjes krijgen hun eerste kleurenfoto en een individuele koolstofnanobuis krijgt nu de kans om zijn unieke kleur te vertonen.

"De atomair gladde zilveren nanodraad met scherpe punt en de bijna verstrooide optische koppeling en focussering is van cruciaal belang voor de beeldvorming," zei Yan. "Anders zou er intens strooilicht op de achtergrond zijn dat de hele inspanning verpest. "

De onderzoekers verwachten dat de nieuwe technologie een belangrijk hulpmiddel kan zijn om de halfgeleiderindustrie te helpen uniforme nanomaterialen te maken met consistente eigenschappen voor gebruik in elektronische apparaten. De nieuwe full-color nano-imaging-techniek kan ook worden gebruikt om het begrip van katalyse, kwantumoptica en nano-elektronica te verbeteren.

Liu, Yan en Ma werden in het onderzoek vergezeld door Xuezhi Ma, een postdoctoraal onderzoeker aan de Temple University die aan het project werkte als onderdeel van zijn promotieonderzoek bij UCR Riverside. Onderzoekers omvatten ook UCR-studenten Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang en professor Bryan Wong.

Het artikel is getiteld "6 nm superresolutie optische transmissie en verstrooiingsspectroscopische beeldvorming van koolstofnanobuisjes met behulp van een witte lichtbron op nanometerschaal." + Verder verkennen

Glasvezelsonde kan moleculaire bindingen zien