Os cientistas desenvolveram novos materiais para eletrônicos de próxima geração tão pequenos que não são apenas indistinguíveis quando embalados de perto, mas também não refletem luz suficiente para mostrar detalhes finos, como cores, mesmo com os microscópios ópticos mais poderosos. Sob um microscópio óptico, os nanotubos de carbono, por exemplo, parecem acinzentados. A incapacidade de distinguir detalhes finos e diferenças entre peças individuais de nanomateriais torna difícil para os cientistas estudar suas propriedades únicas e descobrir maneiras de aperfeiçoá-las para uso industrial.
Em um novo relatório em Nature Communications , pesquisadores da UC Riverside descrevem uma tecnologia de imagem revolucionária que comprime a luz da lâmpada em um ponto do tamanho de um nanômetro. Ele segura essa luz no final de um nanofio de prata como um aluno de Hogwarts praticando o feitiço "Lumos" e a usa para revelar detalhes anteriormente invisíveis, incluindo cores.

O avanço, melhorando a resolução da imagem colorida para um nível sem precedentes de 6 nanômetros, ajudará os cientistas a ver os nanomateriais com detalhes suficientes para torná-los mais úteis em eletrônica e outras aplicações.

Ming Liu e Ruoxue Yan, professores associados da Faculdade de Engenharia Marlan e Rosemary Bourns da UC Riverside, desenvolveram essa ferramenta exclusiva com uma técnica de superfocagem desenvolvida pela equipe. A técnica foi usada em trabalhos anteriores para observar a vibração de ligações moleculares em resolução espacial de 1 nanômetro sem a necessidade de qualquer lente de foco.

No novo relatório, Liu e Yan modificaram a ferramenta para medir sinais que abrangem toda a faixa de comprimento de onda visível, que pode ser usada para renderizar a cor e descrever as estruturas de banda eletrônica do objeto em vez de apenas as vibrações das moléculas. A ferramenta comprime a luz de uma lâmpada de tungstênio em um nanofio de prata com espalhamento ou reflexão quase zero, onde a luz é transportada pela onda de oscilação de elétrons livres na superfície de prata.

A luz condensada deixa a ponta do nanofio de prata, que tem um raio de apenas 5 nanômetros, em um caminho cônico, como o feixe de luz de uma lanterna. Quando a ponta passa sobre um objeto, sua influência na forma e cor do feixe é detectada e registrada.

"É como usar o polegar para controlar o jato de água de uma mangueira", disse Liu, "você sabe como obter o padrão de pulverização desejado alterando a posição do polegar e, da mesma forma, no experimento, lemos o padrão de luz para recuperar os detalhes do objeto bloqueando o bocal de luz de 5 nm."

A luz é então focada em um espectrômetro, onde forma um pequeno anel. Ao escanear a sonda sobre uma área e registrar dois espectros para cada pixel, os pesquisadores podem formular as imagens de absorção e dispersão com cores. Os nanotubos de carbono originalmente acinzentados recebem sua primeira fotografia colorida, e um nanotubo de carbono individual agora tem a chance de exibir sua cor única.

"O nanofio de prata de ponta afiada atomicamente suave e seu acoplamento óptico quase sem dispersão e foco são críticos para a imagem", disse Yan. "Caso contrário, haveria intensa luz difusa no fundo que arruinaria todo o esforço."

Os pesquisadores esperam que a nova tecnologia possa ser uma ferramenta importante para ajudar a indústria de semicondutores a produzir nanomateriais uniformes com propriedades consistentes para uso em dispositivos eletrônicos. A nova técnica de nanoimagem colorida também pode ser usada para melhorar a compreensão de catálise, óptica quântica e nanoeletrônica.

Liu, Yan e Ma se juntaram à pesquisa por Xuezhi Ma, um bolsista de pós-doutorado na Temple University que trabalhou no projeto como parte de sua pesquisa de doutorado na UCR Riverside. Os pesquisadores também incluíram os estudantes da UCR Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang e o professor Bryan Wong.

O artigo é intitulado "Transmissão óptica de super-resolução de 6 nm e imagens espectroscópicas de dispersão de nanotubos de carbono usando uma fonte de luz branca em escala nanométrica". + Explorar mais

A sonda de fibra óptica pode ver ligações moleculares