En "Vengadores:Endgame, "Tony Stark advirtió a Scott Lang que enviarlo al reino cuántico y traerlo de regreso sería una" casualidad cósmica de mil millones a uno ".

En realidad, Reducir un haz de luz a un punto del tamaño de un nanómetro para espiar las interacciones luz-materia a escala cuántica y recuperar la información no es más fácil. Ahora, ingenieros de la Universidad de California, Orilla, han desarrollado una nueva tecnología para hacer un túnel de luz hacia el reino cuántico con una eficiencia sin precedentes.

en un Fotónica de la naturaleza papel, un equipo dirigido por Ruoxue Yan, un profesor asistente de ingeniería química y ambiental, y Ming Liu, un profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, describir el primer portátil del mundo, barato, Herramienta de nanoscopia óptica que integra una fibra óptica de vidrio con un condensador de nanocables de plata. El dispositivo es un túnel de luz de ida y vuelta de alta eficiencia que exprime la luz visible hasta la punta del condensador para interactuar con las moléculas localmente y enviar información que puede descifrar y visualizar el escurridizo nanomundo.

Nuestra capacidad para acercarnos a los detalles finos de un objeto está limitada por la naturaleza ondulatoria de la luz. Si alguna vez usó un microscopio óptico en una clase de ciencias, probablemente aprendiste que solo se puede magnificar un objeto en aproximadamente 2, 000 veces antes de que todo se vuelva borroso. Esto se debe a que es imposible distinguir cualquier característica más fina que la mitad de la longitud de onda de la luz (unos cientos de nanómetros para la luz visible de campo lejano), sin importar lo avanzado que sea su microscopio.

A diferencia de las ondas de campo lejano, Las ondas de campo cercano solo existen muy cerca de una fuente de luz y no se rigen por esta regla. Pero no viajan voluntariamente y son muy difíciles de utilizar u observar. Desde la década de 1920, Los científicos han pensado que forzar la luz a través de un pequeño orificio en una película de metal generaría ondas de campo cercano que podrían convertirse en luz detectable. pero los primeros prototipos exitosos no se construyeron hasta medio siglo después.

A principios de la década de 1990, Eric Betzig, el premio Nobel de Química 2014, hizo mejoras sustanciales a los prototipos anteriores en cuanto al rendimiento y la fiabilidad de las imágenes. Desde entonces, microscopía óptica de barrido de campo cercano, como se conoce la técnica, se ha utilizado para revelar los detalles a nanoescala de muchas sustancias químicas, biológico, y sistemas de materiales.

Desafortunadamente, casi otro medio siglo después, esta técnica es todavía esotérica y muy pocos la utilizan.

"Enviar luz a través de un diminuto orificio mil veces más pequeño que el diámetro de un mechón de cabello humano no es pan comido, "Dijo Liu." Sólo unos pocos en un millón de fotones, o partículas ligeras, puede pasar el agujero y alcanzar el objeto que desea ver. Obtener un boleto de ida ya es un desafío; un boleto de ida y vuelta para traer una señal significativa es casi un sueño ".

Los científicos han hecho un sinfín de esfuerzos para mejorar esta posibilidad. Si bien las sondas más sofisticadas de la actualidad solo permiten una en 1, 000 fotones para alcanzar el objeto, el dispositivo UC Riverside entrega la mitad de los fotones a la punta.

"La clave del diseño es un proceso de enfoque secuencial de dos pasos, "Yan dijo." En el primer paso, la longitud de onda de la luz de campo lejano aumenta lentamente a medida que viaja por una fibra óptica que se adelgaza gradualmente, sin cambiar su frecuencia. Cuando coincide con la longitud de onda de la onda de densidad de electrones en el nanoalambre de plata que se encuentra en la parte superior de la fibra óptica, ¡auge! Toda la energía se transfiere a la onda de densidad de electrones y en su lugar comienza a viajar sobre la superficie del nanoalambre ".

En el segundo paso del proceso de enfoque, la onda se condensa gradualmente a unos pocos nanómetros en el vértice de la punta.

El dispositivo UC Riverside, una pequeña aguja plateada con luz que sale de la punta "es como la varita de Harry Potter que ilumina un área pequeña, "explicó Sanggon Kim, el estudiante de doctorado que realizó el estudio.

Kim usó el dispositivo para trazar la frecuencia de las vibraciones moleculares que permiten analizar los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos en una molécula. Esto se conoce como espectroscopia Raman mejorada con punta, o TERS, imágenes. TERS es la rama más desafiante de la microscopía óptica de campo cercano, porque trata con señales muy débiles. Por lo general, requiere voluminosos, Equipo de un millón de dólares para concentrar la luz y el tedioso trabajo de preparación para obtener imágenes de súper resolución.

Con el nuevo dispositivo, Kim logró una resolución de 1 nanómetro en un equipo portátil simple. La invención podría ser una poderosa herramienta analítica que promete revelar un nuevo mundo de información a los investigadores de todas las disciplinas de la nanociencia.

"La integración de un conjunto de nanocables de fibra con espectroscopía Raman mejorada en la punta junto con un microscopio de efecto túnel permite la recopilación de imágenes químicas de alta resolución en una configuración simple y elegante, colocando esta herramienta a la vanguardia de la imagen óptica y la espectroscopia. Estamos orgullosos de este logro y su impacto en la investigación química. Nos alienta aún más su posible aplicación en una amplia gama de disciplinas, como la investigación biológica y de materiales, que promoverá el avance científico, "dijo Lin He, subdirector interino de la división de química de la National Science Foundation que financió en parte la investigación.