Em "Vingadores:Endgame, "Tony Stark avisou Scott Lang que enviá-lo ao reino quântico e trazê-lo de volta seria um" acaso cósmico de um bilhão para um ".

Na realidade, encolher um feixe de luz a um ponto do tamanho de nanômetro para espionar interações de matéria-luz em escala quântica e recuperar as informações não é mais fácil. Agora, engenheiros da Universidade da Califórnia, Riverside, desenvolveram uma nova tecnologia para criar um túnel de luz no reino quântico com uma eficiência sem precedentes.

Em um Nature Photonics papel, uma equipe liderada por Ruoxue Yan, professor assistente de engenharia química e ambiental, e Ming Liu, professor assistente de engenharia elétrica e da computação, descreve o primeiro portátil do mundo, barato, ferramenta de nanoscopia óptica que integra uma fibra óptica de vidro com um condensador de nanofio de prata. O dispositivo é um túnel de luz de ida e volta de alta eficiência que pressiona a luz visível até a ponta do condensador para interagir com as moléculas localmente e enviar de volta informações que podem decifrar e visualizar o nano mundo indescritível.

Nossa capacidade de ampliar os detalhes de um objeto é limitada pela natureza ondulatória da luz. Se você já usou um microscópio óptico em uma aula de ciências, você provavelmente aprendeu que só se pode ampliar um objeto em cerca de 2, 000 vezes antes que tudo se torne um borrão. Isso porque é impossível distinguir quaisquer características mais finas do que a metade do comprimento de onda da luz - algumas centenas de nanômetros para luz visível de campo distante - não importa o quão avançado seja o seu microscópio.

Ao contrário das ondas de campo distante, ondas de campo próximo existem apenas muito perto de uma fonte de luz e não são regidas por esta regra. Mas eles não viajam voluntariamente e são muito difíceis de utilizar ou observar. Desde a década de 1920, os cientistas pensaram que forçar a luz através de um pequeno orifício em um filme de metal geraria ondas de campo próximo que poderiam ser convertidas em luz detectável, mas os primeiros protótipos de sucesso não foram construídos até meio século depois.

No início da década de 1990, Eric Betzig, o Prêmio Nobel de Química de 2014, fez melhorias substanciais em protótipos anteriores em desempenho e confiabilidade de imagem. Desde então, microscopia óptica de varredura de campo próximo, como a técnica é conhecida, tem sido usado para revelar os detalhes em nanoescala de muitos produtos químicos, biológico, e sistemas de materiais.

Infelizmente, quase meio século depois, esta técnica ainda é esotérica e usada por poucos.

"Enviar luz através de um pequeno orifício mil vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano não é fácil, "Liu disse." Apenas alguns em um milhão de fótons, ou partículas de luz, pode passar pelo orifício e alcançar o objeto que deseja ver. Conseguir uma passagem só de ida já é um desafio; uma passagem de ida e volta para trazer de volta um sinal significativo é quase um sonho. "

Os cientistas têm feito esforços infinitos para melhorar essa chance. Enquanto as sondas mais sofisticadas hoje permitem apenas uma em 1, 000 fótons para alcançar o objeto, o dispositivo UC Riverside fornece metade dos fótons para a ponta.

"A chave do design é um processo de foco sequencial de duas etapas, "Yan disse." Na primeira etapa, o comprimento de onda da luz do campo distante aumenta lentamente à medida que viaja para baixo em uma fibra óptica que se afina gradualmente, sem alterar sua frequência. Quando ele corresponde ao comprimento de onda da onda de densidade de elétrons no nanofio de prata que fica no topo da fibra óptica, estrondo! Toda a energia é transferida para a onda de densidade do elétron e começa a viajar na superfície do nanofio. "

Na segunda etapa do processo de foco, a onda condensa gradualmente em alguns nanômetros no ápice da ponta.

O dispositivo UC Riverside, uma pequena agulha de prata com luz saindo da ponta "é uma espécie de varinha de Harry Potter que ilumina uma pequena área, "explicou Sanggon Kim, o doutorando que realizou o estudo.

Kim usou o dispositivo para mapear a frequência das vibrações moleculares que permitem analisar as ligações químicas que mantêm os átomos unidos em uma molécula. Isso é conhecido como espectroscopia Raman aprimorada pela ponta, ou TERS, imagem. TERS é o ramo mais desafiador da microscopia óptica de campo próximo, porque lida com sinais muito fracos. Geralmente requer volumoso, equipamentos de milhões de dólares para concentrar luz e trabalhos de preparação tediosos para obter imagens de super-resolução.

Com o novo dispositivo, Kim alcançou a resolução de 1 nanômetro em um equipamento portátil simples. A invenção pode ser uma ferramenta analítica poderosa que promete revelar um novo mundo de informações para pesquisadores em todas as disciplinas da nanociência.

"A integração de um conjunto de nanofio de fibra com espectroscopia Raman com ponta aprimorada, juntamente com um microscópio de tunelamento de varredura, permite a coleta de imagens químicas de alta resolução em uma configuração simples e elegante, colocando esta ferramenta na vanguarda da imagem óptica e espectroscopia. Estamos orgulhosos dessa conquista e de seu impacto na pesquisa química. Estamos ainda mais encorajados por sua aplicação potencial em uma ampla gama de disciplinas, como pesquisa biológica e de materiais, que irá promover o avanço científico, "disse Lin He, vice-diretor interino da Divisão de Química da National Science Foundation, que em parte financiou a pesquisa.