Científicos de la Universidad ITMO han utilizado una nanopartícula de silicio-oro agitada por un láser de pulso en banda IR como una fuente eficaz de luz blanca. Uno de esos "nanobulbos" se integró en un microscopio de sonda estándar, lo que permitió a los investigadores superar el límite de difracción y examinar objetos de tamaño inferior a la longitud de onda. La nueva tecnología hace que la microscopía de campo cercano moderna sea más barata y sencilla, y es potencialmente útil en medicina. El estudio ha sido publicado en Nano letras .

Para examinar un objeto con un microscopio óptico normal, la luz visual se enfoca usando lentes especiales. Sin embargo, si el objeto tiene un tamaño inferior a una longitud de onda, no se puede observar en detalle. Esto es lo que se llama límite de difracción. Hoy en día existen varias tecnologías capaces de superar este límite. En microscopía óptica de campo cercano, el campo electromagnético del objeto se mide en campo cercano con una sonda especial que puede interactuar con el campo electromagnético localizado y dispersarlo en el área donde puede ser registrado por detectores comunes. Pero para obtener información sobre un objeto con una resolución de sublongitud de onda en un amplio espectro, los investigadores a menudo pasan horas escaneando en diferentes longitudes de onda hasta cubrir todo el espectro.

Investigadores de la Universidad ITMO resolvieron este problema utilizando un llamado "nanobulbo, "una fuente de luz en miniatura basada en una nanopartícula de silicio y oro. Su característica principal es que emite luz en una banda de longitud de onda inmensamente amplia, de 400 a 1, 000 nm. Un solo nanobulbo puede registrar y analizar la respuesta óptica de todo tipo de nanoestructuras de sublongitud de onda en todo el espectro visible al mismo tiempo. Esto aumenta varias veces la eficiencia y la velocidad de la microscopía.

Para crear la nanobulbo, Los científicos del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales imprimieron una nanopartícula de silicio y oro. Para que emita fotones, los investigadores lo encendieron con un láser IR de femtosegundos. Los electrones alcanzaron primero niveles de energía más altos, y luego se deslizó hacia la parte inferior de la banda de conducción de silicio, emitiendo fotones en diferentes longitudes de onda.

"Silicio, un semiconductor de espacio no directo, es un material pobre para generar emisiones. En otras palabras, si lo enciendes con un láser, absorberá tal vez un millón de fotones y emitirá solo uno. Todavía, es muy barato, literalmente se puede hacer con arena. Es por eso que la humanidad aspira a encontrarle tantas aplicaciones como sea posible en la energía fotovoltaica, microelectrónica y otros campos. Hemos encontrado una aplicación de lo más inesperada, utilizando su principal inconveniente, su banda prohibida indirecta, para crear una fuente de luz blanca de tamaño nanométrico que puede emitir fotones de energía de 3.4 a 1.1 eV, "dice Sergei Makarov, investigador asociado senior del Departamento de Nanofotónica y Metamateriales.

"Adicionalmente, en el límite del oro y el silicio, Surgen interfaces que proporcionan una recombinación radiativa de electrones aún mejor. Muchos de los mecanismos físicos que aún no hemos investigado están funcionando aquí, así que hay mucho trabajo teórico que tendremos que hacer para mejorar nuestra nanobulbo, incluida la creación de un modelo de emisión, "dice Ivan Sinev, Doctor. estudiante de la Universidad ITMO.

Señala que otra característica positiva de la nanobulbo es que utiliza un láser de banda IR para generar luz visible. Esto significa que el "ruido" adicional en la señal óptica se puede eliminar mediante el filtrado de la luz IR disipada, lo que mejora la efectividad con la que se registra la señal real.

Por sugerencia de Anton Samusev, investigador asociado en la Universidad ITMO, el nanobulbo se colocó en una sonda común de un microscopio de fuerza atómica utilizando un método desarrollado por Ivan Mukhin y Filipp Komissarenko en el Departamento de Nanofotónica y Metamateriales. La sonda permitió a los investigadores acercar la fuente de luz visible al material de prueba, lo que amplificó enormemente la interacción de los campos cercanos.

La señal de esta emisión se registra y se separa en un espectro usando un espectrómetro regular. Por lo tanto, se puede integrar un nanobulbo en un equipo microscópico estándar. Se puede conectar a cualquier sonda y utilizar para registrar sus señales con fotodetectores regulares, todo mientras recibe información sobre el campo cercano de un nanoobjeto en toda la banda del espectro visible. Por lo tanto, Las nanopartículas de silicio y oro podrían hacer que la microscopía sea más flexible y más barata.

"También estamos desarrollando la idea de utilizar el nanobulbo como un nanolaser. Si colocamos una partícula de este tipo en un resonador capaz de cambiar la longitud de funcionamiento de la onda, podemos terminar con un láser sintonizable, uno que pueda funcionar en cualquier longitud de onda establecida en el espectro visible. Adicionalmente, el nanobulbo también puede ser usado en biología para propósitos tales como iluminar células y detectar sustancias que son sensibles a longitudes de onda particulares, "añade Sinev.