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新型纳米镜片打破成像纪录

(文/Lisa Grossman)在放弃了尽善尽美的研究路线后,科学家发明的新型镜片使成像达到了空前的清晰度。该镜片第一次拍摄到了小于100纳米物体的可见光图像,这项技术将应用在纳米技术和细胞探测中。

传统的镜片曲面可以把光汇聚在一点,就像放大镜一样。位于那一点上的小物体被清晰聚焦并放大,近视读者不仅能够利用它分辨极小的字体,老派侦探也可以通过它寻找指纹。但是常规的镜片需要保持完美,划痕和粗糙都会毁掉成像的清晰度。

“完美表面上的每一个偏差都会使焦点变坏。”荷兰屯特大学的毕业生艾伯特•范•皮滕这样说,“在现实中你总能发现表面的缺陷。”

目前单个常规镜片能够观测的最小物体在200纳米左右,仅仅比已知的最小细菌略大(尽管更复杂的显微镜系统可以观测至50纳米)。但很多物理学家和化学家感兴趣的事物,如亚细胞结构、纳米电路和光子结构,尺寸只有该数值的一半。

为了使焦点极限突破100纳米,范•皮滕和他的同事放弃了完美镜片的路线。

“我们采取了完全不同的方法:刻意地在镜片表面打上很多孔洞以产生强烈的光散射。”范•皮滕说。他们的研究成果发表在5月13日的《物理评论快报》上。

起初,研究者们采用了400纳米厚的磷化镓圆片,这种材料可以减缓光的传播速度。接着,他们用硫酸在圆片表面随机蚀刻了划痕和孔洞。

当光射在多孔圆片上时,它会朝所有方向散射,正好与普通镜片效果相反。普通棱镜是在光穿过时把它汇聚成一点,而散射镜片在光接触到粗糙的表面前就影响了它。

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研究者分析了散射光的模式,同时计算了可以重新汇聚成一点的入射光形式。然后,他们用一束激光把调整好的光射入镜片。

“即使光朝所有方向散射,你仍可以让它们重新汇聚成一点。”范•皮滕说。

为了检测散射棱镜,范•皮滕和同事们拍摄了97纳米左右的金微粒图片。结果显示散射镜片成像比常规镜片清晰很多。

“成像聚焦始终处于理论极限值,永远清晰。”范•皮滕说。“我们不必再为表面失效烦心了。”

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博主介绍: Lisa Grossman 2009年毕业于加州大学Santa Cruz分校,科技交流专业。毕业后,她一直从事科技写作工作,从硕士期间便在Science News等地方做编辑,现在在Wired上开博。她的博客内容涉及面相当广,涵盖各个学科。

The End

发布于2011-05-23, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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电气工程及自动化博士

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