Det är inte repriser av "The Jetsons", men forskare som arbetar vid National Institute of Standards and Technology har utvecklat en ny mikroskopiteknik som använder en process som liknar hur en gammal rör -tv producerar en bild - katodoluminescens - till bildnanoskala funktioner. Genom att kombinera de bästa funktionerna inom optisk och skannande elektronmikroskopi, den snabba, mångsidig, och högupplöst teknik gör det möjligt för forskare att se ytor och underjordiska funktioner som kan vara så små som 10 nanometer stora.

Den nya mikroskopitekniken, beskrivs i tidningen AIP Advances , använder en elektronstråle för att excitera en specialkonstruerad uppsättning kvantpunkter, att få dem att avge synligt ljus med låg energi mycket nära ytan av provet, utnyttja så kallade "nära fält" effekter av ljus. Genom att korrelera de lokala effekterna av detta utsända ljus med elektronstrålens position, rumsliga bilder av dessa effekter kan rekonstrueras med nanometer-upplösning.

Tekniken undviker snyggt två problem i nanoskala mikroskopi, diffraktionsgränsen som begränsar konventionella optiska mikroskop till upplösningar som inte är bättre än ungefär hälften av ljusets våglängd (alltså cirka 250 nm för grönt ljus), och de relativt höga energierna och provberedningskraven för elektronmikroskopi som är destruktiva för bräckliga exemplar som vävnad.

NIST -forskaren Nikolai Zhitenev, en medutvecklare av tekniken, hade tanken för några år sedan att använda en fosforbeläggning för att producera ljus för optisk avbildning nära fältet, men vid den tiden, det fanns inget fosfor som var tillräckligt tunt. Tjocka fosfor gör att ljuset avviker, begränsar bildupplösningen kraftigt. Detta förändrades när NIST -forskarna samarbetade med forskare från ett företag som bygger högkonstruerade och optimerade kvantpunkter för belysningstillämpningar. Kvantprickarna kan möjligen göra samma jobb som en fosfor, och appliceras i en beläggning som är både homogen och tillräckligt tjock för att absorbera hela elektronstrålen samtidigt som den är tillräckligt tunn så att det producerade ljuset inte behöver resa långt till provet.

Samarbetet visade att kvantprickarna, som har en unik core-shell-design, effektivt producerade lågenergifotoner i det synliga spektrumet när de får energi med en elektronstråle. En potentiell tunnfilmsljuskälla i handen, gruppen utvecklade en deponeringsprocess för att binda dem till prover som en film med en kontrollerad tjocklek på cirka 50 nm.

Ungefär som i en gammal rör -tv där en elektronstråle rör sig över en fosforskärm för att skapa bilder, den nya tekniken fungerar genom att skanna en elektronstråle över ett prov som har belagts med kvantprickarna. Prickarna absorberar elektronernas energi och avger den som synligt ljus som interagerar med och tränger in i ytan över vilken den har belagts. Efter interaktion med provet, de spridda fotonerna samlas med en nära placerad fotodetektor, så att en bild kan konstrueras. Den första demonstrationen av tekniken användes för att avbilda den naturliga nanostrukturen hos själva fotodetektorn. Eftersom både ljuskällan och detektorn är så nära provet, diffraktionsgränsen gäller inte, och mycket mindre objekt kan avbildas.

"Initialt, vår forskning drevs av vår önskan att studera hur inhomogeniteter i strukturen för polykristallina solceller kan påverka omvandlingen av solljus till elektricitet och hur dessa enheter kan förbättras, "säger Heayoung Yoon, huvudförfattaren till tidningen. "Men vi insåg snabbt att denna teknik också kunde anpassas till andra forskningsregimer, framför allt avbildning för biologiska och cellulära prover, våta prover, prover med grova ytor, samt organiska solceller. Vi är angelägna om att göra denna teknik tillgänglig för det bredare forskarsamhället och se resultaten. "