El Premio Nobel de Química de 2014 reconoció una importante investigación en microscopía que permitió una resolución espacial muy mejorada. Esta innovación, resultando en una resolución nanométrica, fue posible haciendo que la fuente (el emisor) de la iluminación fuera bastante pequeña y moviéndola bastante cerca del objeto que se está fotografiando. Un problema con este enfoque es que en tal proximidad, el emisor y el objeto pueden interactuar entre sí, difuminando la imagen resultante. Ahora, Un nuevo estudio de JQI ha demostrado cómo agudizar aún más la microscopía a nanoescala (nanoscopía) al localizar mejor la posición exacta de la fuente de luz.

Límite de difracción

La microscopía tradicional está limitada por la difracción de la luz alrededor de los objetos. Es decir, cuando una onda de luz de la fuente golpea el objeto, la ola se dispersará un poco. Esta dispersión limita la resolución espacial de un microscopio convencional a no mejor que aproximadamente la mitad de la longitud de onda de la luz que se utiliza. Para luz visible, la difracción limita la resolución a no ser mejor que unos pocos cientos de nanómetros.

Entonces como, ¿Puede la microscopía que utiliza luz visible alcanzar una resolución de varios nanómetros? Mediante el uso de pequeñas fuentes de luz que no superan los pocos nanómetros de diámetro. Ejemplos de estos tipos de fuentes de luz son moléculas fluorescentes, nanopartículas, y puntos cuánticos. El trabajo de JQI utiliza puntos cuánticos que son pequeños cristales de un material semiconductor que pueden emitir fotones de luz individuales. Si fuentes de luz tan diminutas están lo suficientemente cerca del objeto que se pretende mapear o fotografiar, Las características de escala nanométrica pueden resolverse. Este tipo de microscopía, llamado "Imágenes de superresolución, "supera el límite de difracción estándar.

Distorsiones de dipolo de imagen

El compañero de JQI Edo Waks y sus colegas han realizado mapeos nanoscópicos del perfil del campo electromagnético alrededor de los nanoalambres de plata colocando puntos cuánticos (el emisor) cerca. (Trabajo anterior:phys.org/news/2013-02-quantum-… probe-nanowires.html). Descubrieron que las imágenes de sub-longitud de onda adolecían de un problema fundamental, es decir, que un "dipolo de imagen" inducido en la superficie del nanoalambre distorsionaba el conocimiento de la verdadera posición del punto cuántico. Esta incertidumbre en la posición del punto cuántico se traduce directamente en una distorsión de la medición del campo electromagnético del objeto.

La distorsión resulta del hecho de que una carga eléctrica colocada cerca de una superficie metálica producirá un campo eléctrico como si una carga negativa fantasmal estuviera ubicada tan debajo de la superficie como la carga original está por encima de ella. Esto es análogo a la imagen que ves cuando te miras en un espejo; el objeto espejo parece estar tan detrás del espejo como usted está delante. El punto cuántico no tiene una carga eléctrica neta pero tiene un dipolo eléctrico neto, un ligero desplazamiento de carga positiva y negativa dentro del punto.

Así, cuando el punto se acerca al cable, el cable desarrolla un dipolo eléctrico de "imagen" cuya emisión puede interferir con la emisión del propio punto. Dado que la luz medida del punto es la sustancia del proceso de obtención de imágenes, la presencia de luz proveniente del "dipolo de imagen" puede interferir con la luz proveniente directamente del punto. Esto distorsiona la posición percibida del punto en una cantidad que es 10 veces mayor que la precisión espacial esperada de la técnica de imagen (como si el nanoalambre actuara como una especie de espejo de la casa de la diversión).

El experimento de JQI midió con éxito el efecto de dipolo de imagen y demostró correctamente que se puede corregir en las circunstancias adecuadas. El trabajo resultante proporciona un mapa más preciso de los campos electromagnéticos que rodean al nanoalambre.

Los científicos de JQI publicaron sus resultados en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El autor principal Chad Ropp (ahora becario postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley) dice que el objetivo principal del experimento era producir mejores imágenes de superresolución:"Cada vez que se utiliza un emisor a nanoescala para realizar imágenes de superresolución cerca de una imagen de metal o estructura de alto dieléctrico, los efectos de dipolo pueden causar errores. Porque estos efectos pueden distorsionar la medición de la posición del nano-emisor y es importante considerarlos para cualquier tipo de imagen súper resuelta que realice un mapeo espacial ".

"Históricamente, los científicos han asumido errores insignificantes en la precisión de las imágenes superresueltas, ", dice Ropp." Lo que estamos mostrando aquí es que, de hecho, existen inexactitudes sustanciales y describimos un procedimiento sobre cómo corregirlas ".