p Para projetar a próxima geração de dispositivos ópticos, variando de eficientes painéis solares a LEDs e transistores ópticos, os engenheiros precisarão de uma imagem tridimensional que descreva como a luz interage com esses objetos em nanoescala. p Infelizmente, a física da luz criou um obstáculo nas técnicas de imagem tradicionais:quanto menor o objeto, menor será a resolução da imagem em 3-D.

p Agora, engenheiros em Stanford e no FOM Institute AMOLF, um laboratório de pesquisa na Holanda, desenvolveram uma técnica que permite visualizar as propriedades ópticas de objetos vários milésimos do tamanho de um grão de areia, em 3-D e com resolução em escala nanométrica.

p A pesquisa é detalhada na edição atual da Nature Nanotechnology .

p A técnica envolve uma combinação única de duas tecnologias, catodoluminescência e tomografia, permitindo a geração de mapas 3D da paisagem óptica de objetos, disse o autor principal do estudo, Ashwin Atre, uma estudante de pós-graduação no grupo de laboratório de Jennifer Dionne, professor assistente de ciência e engenharia de materiais.

p O objeto-alvo neste experimento de prova de princípio era um crescente revestido de ouro de 250 nanômetros de diâmetro - várias centenas de vezes mais fino que um cabelo humano. Para estudar as propriedades ópticas do crescente, eles primeiro fizeram a imagem usando um microscópio eletrônico de varredura modificado. Quando o feixe de elétrons focalizado passou pelo objeto, excitou o crescente energeticamente, fazendo com que emita fótons, um processo conhecido como catodoluminescência.

p Tanto a intensidade quanto o comprimento de onda dos fótons emitidos dependiam de qual parte do objeto o feixe de elétrons excitou, Disse Atre. Por exemplo, a casca de ouro na base do objeto emitia fótons de comprimentos de onda mais curtos do que quando o feixe passou perto da lacuna nas pontas do crescente.

p Ao escanear o feixe para frente e para trás sobre o objeto, os engenheiros criaram uma imagem 2-D dessas propriedades ópticas. Cada pixel nesta imagem também continha informações sobre o comprimento de onda dos fótons emitidos nos comprimentos de onda visível e infravermelho próximo. Esta técnica de imagem espectral de catodoluminescência 2-D, pioneiro pela equipe AMOLF, revelou as formas características em que a luz interage com este objeto em escala nanométrica.

p "Interpretando uma imagem 2-D, Contudo, pode ser bastante limitante, - disse Atre. - É como tentar reconhecer uma pessoa por sua sombra. Queríamos muito melhorar isso com o nosso trabalho. "

p Para empurrar a técnica para a terceira dimensão, os engenheiros inclinaram o nanocrescente e verificaram novamente, coleta de dados de emissão 2-D em vários ângulos, cada um fornecendo maior especificidade para a localização do sinal óptico.

p Ao usar a tomografia para combinar esta série de imagens em 2-D, semelhante a como imagens de raios-X 2-D de um corpo humano são costuradas para produzir uma imagem de TC 3-D, Atre e seus colegas criaram um mapa 3-D das propriedades ópticas do objeto. Este mapa experimental revela fontes de emissão de luz na estrutura com resolução espacial da ordem de 10 nanômetros.

p Por décadas, técnicas para imagens de interações de matéria-luz com resolução limitada por sub-difração foram limitadas a 2D. "Este trabalho pode permitir uma nova era de imagens ópticas 3D com resolução espacial e espectral em escala nanométrica, "disse Dionne, que é afiliado do Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia do SLAC.

p A técnica pode ser usada para sondar muitos sistemas nos quais a luz é emitida por excitação de elétrons.

p "Tem aplicações para testar vários tipos de materiais naturais e de engenharia, "Atre disse." Por exemplo, pode ser usado na fabricação de LEDs para otimizar a forma como a luz é emitida, ou em painéis solares para melhorar a absorção de luz pelos materiais ativos. "

p A técnica poderia até ser modificada para sistemas biológicos de imagem sem a necessidade de rótulos fluorescentes.