使用高效探头的新型彩色摄影可将白光超聚焦成6纳米光斑

科学家们为下一代电子产品开发了新材料，这些材料非常小，以至于它们不仅在紧密包装时无法区分，而且即使使用最强大的光学显微镜也无法反射足够的光线来显示颜色等细节。例如，在光学显微镜下，碳纳米管看起来是灰色的。由于无法区分单个纳米材料之间的细微细节和差异，科学家们很难研究它们的独特特性并找到将它们完善为工业用途的方法。

在NatureCommunications的一份新报告中，加州大学河滨分校的研究人员描述了一种革命性的成像技术，可将灯光压缩成纳米大小的光斑。它像霍格沃茨的学生练习“Lumos”咒语一样在银纳米线的末端保持这种光，并用它来揭示以前不可见的细节，包括颜色。

这一进步将彩色成像分辨率提高到前所未有的6纳米水平，将帮助科学家足够详细地观察纳米材料，使它们在电子和其他应用中更有用。

加州大学河滨分校马兰和罗斯玛丽伯恩斯工程学院的副教授刘明和严若雪利用团队开发的超聚焦技术开发了这种独特的工具。该技术已在之前的工作中用于以1纳米空间分辨率观察分子键的振动，而无需任何聚焦透镜。

在新报告中，Liu和Yan修改了测量跨越整个可见波长范围的信号的工具，该工具可用于渲染颜色并描绘物体的电子能带结构，而不仅仅是分子振动。该工具将钨灯发出的光挤压到具有近零散射或反射的银纳米线中，其中光由银表面的自由电子振荡波携带。

会聚光以锥形路径离开半径仅为5纳米的银纳米线尖端，就像手电筒发出的光束一样。当尖端经过一个物体时，它对光束形状和颜色的影响被检测和记录。

“这就像用你的拇指控制软管喷水一样，”刘说，“你知道如何通过改变拇指位置来获得所需的喷水模式，同样，在实验中，我们通过读取光模式来检索阻挡5纳米大小的光喷嘴的物体的细节。”

然后将光聚焦到光谱仪中，在那里形成一个微小的环形。通过在一个区域上扫描探头并记录每个像素的两个光谱，研究人员可以用颜色来制定吸收和散射图像。最初呈灰色的碳纳米管收到了它们的第一张彩色照片，而单个碳纳米管现在有机会展示其独特的颜色。

“原子级光滑的尖端银纳米线及其几乎无散射的光学耦合和聚焦对于成像至关重要，”Yan说。“否则，背景中会出现强烈的杂散光，从而破坏整个工作。”

研究人员预计，这项新技术可以成为帮助半导体行业制造具有一致特性的均匀纳米材料以用于电子设备的重要工具。新的全彩色纳米成像技术还可用于提高对催化、量子光学和纳米电子学的理解。

Liu、Yan和Ma加入了这项研究，他是天普大学的博士后学者马学志，他在UCRRiverside博士研究期间参与了该项目。研究人员还包括UCR的学生QiushiLiu、NingYu、DaXu、SanggonKim、ZebinLiu、KailiJiang和BryanWong教授。

本文标题为“6纳米超分辨率光传输和散射使用纳米尺度的白色碳纳米管的光谱成像光源”。

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