Нанолазери зможуть обійти дифракційну межу в мікроскопії

Фізики з Массачусетського технологічного інституту, Гарвардської медичної школи та Інституту Йозефа Стефана (Словенія) запропонували новий спосіб для того, щоб обійти дифракційну межу в оптичній мікроскопії. Вчені запропонували використовувати як барвника наночастинки, здатні працювати як лазери. За словами авторів, методика може показати себе найкращим чином при дослідженні внутрішніх областей об'ємних зразків. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє.

Дифракційна межа виникає через хвильову природу світла - оптичні системи не можуть сфокусувати світло в пляму, розмір якого менший, ніж половина довжини хвилі. Через це звичайні оптичні мікроскопи не можуть «розгледіти» об'єкти і розрізнити деталі з розміром у сто нанометрів і менш. Існують різні підходи для того, щоб обійти це обмеження - наприклад, скануюча близькохвора мікроскопія. У ній розмір діафрагми (отвору, через який проходить світло від зразка) у багато разів менше довжини хвилі світла. Її альтернатива, лазерна конфокальна мікроскопія, освітлює лише невелику ділянку зразка лазером з короткою довжиною хвилі і фіксує флуоресценцію барвника.

Автори нової роботи запропонували використовувати як барвника наночастинки іодиду метиламонію-свинцю, перовскитного матеріалу, який останнім часом розглядають як перспективний компонент для сонячних батарей. Вчені синтезували наностержні матеріалу з діаметром 300-500 нанометрів і довжиною 3000-7000 нанометрів. Всередині таких об'єктів світло може багато разів перевідбиватися - в результаті виникає ситуація, аналогічна накачуванню лазера.

В експерименті з візуалізації фізики використовували для накачування перовскитного кристала лазерне світло з довжиною хвилі 532 нанометри. Він формував еліптичну пляму на зразку з діаметром у кілька мікрометрів (2,4 ст.1 9,5 мікрометра). Коли пляма лазера накачування потрапляла на нанокристал, вчені фіксували різкий сплеск лазерного світіння на довжині хвилі в 775 нанометрів. Включення і відключення свічки залежало від інтенсивності випромінювання, що падало на кристал - для запуску генерації лазерного світла потрібно, щоб ця величина перевершувала певний поріг.

За словами фізиків, подібна система здатна досягти дозволу в 50 нанометрів при використанні досить дрібних нанолазерів. У теорії ця роздільна здатність може бути ще вищою, якщо використовувати як генераторів лазерного світіння інші матеріали, наприклад, квантові точки, пов'язані з білковими комплексами.

Іодид метиламонія-свинцю - змішаний неорганічний-органічний перовскіт, що відрізняється тим, що його дуже легко синтезувати. Виростити кристали цієї речовини можна навіть у пробірці, при цьому, як ми повідомляли раніше, їх добротність при генерації лазерного світла вище, ніж у традиційних напівпровідникових лазерів на основі арсеніда галію.