Sondage en champ proche avec un seul QD. une. Image optique du dispositif microfluidique à canaux croisés. Le flux dans la région de contrôle centrale (cercle en pointillés) est manipulé en deux dimensions par quatre électrodes externes (non représentées). Barre d'échelle, 500 μm. (b) Schéma de la technique de positionnement et d'imagerie. Un seul QD est entraîné le long d'une trajectoire proche du fil par contrôle de flux. Le couplage entre le QD et l'AgNW est mesuré soit par l'intensité rayonnée par les extrémités des fils, soit par des mesures de durée de vie du QD. L'encart montre une image de microscopie électronique à balayage d'un AgNW typique utilisé dans nos expériences (barre d'échelle, 1µm). Le repère x-y est défini par rapport à l'orientation de l'AgNW, comme illustré dans l'encart.
(Phys.org)—Trouver des façons de voir, position, mesure, et manipuler avec précision des objets à l'échelle nanométrique est un défi permanent pour les chercheurs qui développent la prochaine génération d'électronique ultra-compacte, capteurs et dispositifs optiques. Même les microscopes conventionnels les plus avancés sont limités par la diffraction de la plus courte longueur d'onde de la lumière visible, environ 400 nanomètres, les rendant incapables de produire des images ou des mesures d'objets nettement inférieurs à ce seuil.
Les chercheurs tentent de résoudre ce problème en utilisant des « sondes de signalement ». Un microscope optique à balayage en champ proche (NSOM), par exemple, est équipé d'une sonde attachée à une pointe mécanique fine qui peut balayer un objet à l'échelle nanométrique et créer une image basée sur le champ électromagnétique qu'il génère. Mais les NSOM sont complexes, des équipements délicats et coûteux, et la présence de la pointe perturbe l'interaction entre la sonde et l'échantillon, déformer l'image.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université du Maryland (UMD), publié le 5 février Numéro 2013 de la revue Nature Communications, décrit une nouvelle technique d'imagerie bien en dessous de la limite de diffraction en utilisant une particule beaucoup plus petite que la longueur d'onde de la lumière comme sonde optique. La particule est manipulée avec une grande précision à l'aide d'un dispositif microfluidique peu coûteux. Cette percée a permis aux chercheurs de capturer des mesures à l'échelle nanométrique avec une précision spatiale de 12 nanomètres.
Points quantiques :projecteurs nanoscopiques dans une rivière microscopique
Un point quantique est une taille de 3 à 6 nanomètres, particule semi-conductrice environ 25 fois le diamètre d'un seul atome. À température ambiante, les points quantiques peuvent émettre des photons uniques de lumière qui peuvent être réglés sur une longueur d'onde souhaitée. Cela en fait des sondes idéales pour examiner des nanostructures plus petites que le seuil de lumière visible. Positionné à proximité d'un objet nanométrique, la boîte quantique devient une sorte de projecteur qui amplifie ce que le microscope seul ne peut pas voir.
Le problème? Il est difficile de capturer et de numériser un seul point quantique sur un autre objet nanométrique.
La solution de l'équipe UMD réside dans un dispositif microfluidique qui manipule et positionne les points quantiques à l'aide d'un contrôle de flux de précision. Un algorithme informatique analyse les points dispersés à l'intérieur, en sélectionner un pour être la sonde de rapport. Comme le dispositif microfluidique crée un écoulement de fluide, le point ciblé commence à bouger. Un processus de rétroaction guidé par l'image suit en permanence l'emplacement du point et ajuste le flux en conséquence. Par exemple, si le point est observé au nord-ouest de son emplacement souhaité, un flux sud-est est créé pour le mettre en place.
Cette technique donne aux chercheurs la possibilité de manipuler un seul point avec précision, le guider rapidement vers les emplacements souhaités, et le maintenir dans chaque position avec une précision nanométrique afin qu'il puisse être utilisé pour numériser des objets. La réponse du point à chaque objet scanné est mesurée, fournir des informations sur les champs électromagnétiques de l'objet avec une résolution à l'échelle nanométrique. Puisque rien de mécanique ne touche la boîte quantique ou n'affecte son interaction avec les objets qu'elle scanne, les images produites sont sans distorsion, propre et net.
Un Supérieur, Technique moins chère
"Dans d'autres techniques de manipulation de particules, par exemple les pincettes laser, la force appliquée à une particule s'adapte à son volume, " explique le professeur Benjamin Shapiro de la Clark School of Engineering (Fischell Department of Bioengineering et l'Institute for Systems Research), l'un des co-auteurs de l'article. "Mais les forces visqueuses que le flux de fluide applique s'échelonnent avec le diamètre de la particule. A l'échelle nanométrique, l'écoulement du fluide a un effet plus important sur la particule que les techniques concurrentes, nous permettant de bouger, guider et immobiliser le point quantique plus facilement et avec plus de précision."
En plus de sa supériorité technique, le nouveau système de manipulation à l'échelle nanométrique est beaucoup moins cher que la microscopie optique à balayage en champ proche, qui nécessite un équipement qui coûte des centaines de milliers de dollars.
« La nouvelle technique est plus polyvalente, plus facile à mettre en œuvre, et plus précis d'un ordre de grandeur que la microscopie optique à balayage en champ proche classique, " dit le collègue de Shapiro, Prof. Edo Waks (Département de génie électrique et informatique et Institut de recherche en électronique et physique appliquée). "Essentiellement, on peut prendre un microscope, ajouter un dispositif microfluidique jetable, et surpassez les capacités d'un NSOM à une fraction du coût et de la complexité.
"Un étudiant de premier cycle pourrait construire le dispositif microfluidique à deux canaux de base utilisé dans le processus, en utilisant des techniques standard de fabrication douce, en moins d'une heure pour moins de 50 $, " il ajoute.
L'équipe UMD espère regrouper tous les composants système nécessaires dans un produit complémentaire peu coûteux pour les microscopes.
