Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) предложили способ улучшить разрешение оптических микроскопов, работающих с отраженным светом, то есть способных изучать непрозрачные материалы. В качестве суперлинзы для микроскопа они использовали сферические диэлектрические частицы с показателем преломления, близким к показателю преломления воздуха. Цель ученых — приблизить разрешение оптических микроскопов в этом режиме до показателей лучших оптических приборов. Последние результаты исследований опубликованы в одном из старейших научных журналов мира Annalen der Physik.

В последнее десятилетие активно развивается направление так называемых наноскопов — это одни из самых «зорких» оптических микроскопов, они обеспечивают разрешение в 50 нанометров в белом свете. В качестве линз в них используются диэлектрические сферические наночастицы, которые работают в режиме «на пропускание». Это означает, что объект визуализируется за счет пропускания излучения сквозь линзу. Однако существует целый спектр материалов, которые непрозрачны для излучения, и для исследования их свойств необходимы методы субволновой фокусировки в режиме «на отражение». К таким материалам, например, относятся металлы. Ранее авторский коллектив ТПУ показал, что сфокусировать излучение в режиме «на отражение» можно с помощью прямоугольных или полусферических частиц.

«Сферические частицы более просты в получении и применении, поэтому в своей последней работе мы использовали именно их, — говорит руководитель коллектива Игорь Минин из ТПУ. — Размер частиц составляет несколько длин волн. Свет отражается от металлической подложки, на которой располагаются частицы, и фокусируется со стороны падения, около поверхности частички. Если выполнить их в виде сферы, то она работает как линза, фокусирующая в обратном направлении. При этом у сферических частиц показатель преломления близок к единице, к показателю воздуха, в то время как в традиционных микроскопах он близок к 1,5. В результате, по сравнению с традиционными оптическими микроскопами, сферические частицы дали увеличение разрешения в режиме «на отражение» лучше дифракционного предела. В конечном итоге мы стремимся довести этот показатель до сравнимого с тем, что дают наноскопы в режиме «на пропускание»».

Проводимые исследования лягут в основу принципов построения наноскопа, который может работать в двух режимах с высоким разрешением.

«Возможность одновременного использования микроскопа в двух режимах обеспечивает дополнительную информацию о распределении сигналов ближнего поля и открывает новый и уникальный способ характеризации материалов и наноструктур, — отмечают авторы статьи. — Можно будет с большей детализацией визуализировать ряд перспективных материалов и объектов. Например, поверхностные плазмонные волны — это электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль границы между металлом и диэлектриком. Их используют в плазмонных сенсорах для биохимических анализов, в микроэлектронике. Для их исследования необходимо очень высокое разрешение».