(PhysOrg.com) -- Alors qu'il adapte l'un des meilleurs instruments d'imagerie au monde pour relever l'un des défis les plus déroutants de la science, Tom Flores a l'impression de jouer à un jeu microscopique d'Où est Charlie.

Dans les livres pour enfants de Martin Handford, les lecteurs se penchent sur des illustrations remplies de centaines de personnes à la recherche de Waldo et de sa chemise à rayures rouges et blanches.

Flores, une spécialisation junior en physique, est à la recherche de quelque chose de plus insaisissable :le minuscule nanotube de carbone.

Les nanotubes de carbone mesurent de 1 à 5 nanomètres de diamètre. Un nanomètre est un milliardième de mètre, ou entre un dix millième et un cent millième de l'épaisseur d'un cheveu humain.

Avec une force inégalée, rigidité et dureté, et des rapports longueur/diamètre allant jusqu'à des millions pour un, Les NTC ont un potentiel en médecine, l'énergie et de nombreuses autres applications.

Mais leur taille infinitésimale rend difficile la recherche et l'observation des NTC. Alors que Waldo se cache derrière les gens, Les CNT se cachent parmi les bosses, entailles, grains de poussière et autres imperfections sur une lame de microscope. Ils révèlent leur présence en émettant de la lumière infrarouge lorsqu'une source lumineuse est dirigée vers eux.

Un plan focal ultrafin

Flores a commencé à étudier les CNT au printemps dernier avec Slava Rotkin, professeur agrégé de physique, et s'est poursuivi l'été dernier dans le cadre du programme d'expérience de recherche pour les étudiants de premier cycle du département de physique. Financé par la National Science Foundation, le programme permet aux étudiants d'effectuer un stage rémunéré de 10 semaines aux côtés d'un membre du corps professoral.

le programme REU de Lehigh, avec plus de deux décennies de financement NSF, est l'un des plus anciens du pays. Au cours des cinq dernières années, une moyenne de 25 à 28 étudiants, environ un tiers de Lehigh, avoir participé au stage.

Flores et deux étudiants diplômés - Massooma Pirbhai et Tetyana Ignatova - étudient les CNT avec un NTEGRA-Spectra sur mesure récemment acquis par Rotkin et Richard Vinci, professeur de science et ingénierie des matériaux. L'instrument associe un microscope optique à un microscope à force atomique (AFM), dont la sonde en forme d'aiguille scanne une surface et enregistre ses caractéristiques topographiques.

Flores et ses collègues combinent l'AFM avec une technique d'imagerie optique appelée fluorescence à réflexion interne totale.

« TIRF est une forme de photoluminescence, », dit Flores. "Vous excitez un objet pour qu'il émette de la lumière, qui fournit des informations sur l'objet et ses propriétés.

« La TIRF peut exciter un objet dans un plan extrêmement mince. Nous étudions les NTC monoparoi, qui font 1 nm de diamètre. Notre plan de focalisation doit être très fin; si non, nous obtenons la luminescence des impuretés à proximité de notre échantillon.

Une intégration unique des techniques de microscopie

Flores utilise la pointe de la sonde AFM pour localiser la position des NTC sur un échantillon.

« Nous produisons une image topographique AFM qui nous montre où nous devons nous concentrer. La résolution de cette image n'est limitée que par le diamètre de la pointe. C'est bien mieux que ce que vous pouvez faire avec une sonde optique.

« Notre projet est comme un jeu d'Où est Charlie. Nous essayons de trouver un petit objet dans un échantillon géant. Nous devons combiner les informations de l'AFM sur les caractéristiques physiques - forme et taille - avec les informations fournies par la TIRF sur la façon dont la lumière interagit avec l'échantillon.

Un seul autre groupe de recherche aux États-Unis, dit Flores, intègre AFM et TIRF dans une configuration exactement la même que celle de Lehigh. Combiner les deux techniques demande de la débrouillardise. Pour obtenir une mise au point et un éclairage optimaux, Flores et ses collègues ont dû modifier la platine d'échantillonnage et les lentilles du microscope optique.

« Notre objectif global est de trouver et d'examiner les NTC et de caractériser leurs propriétés afin que les ingénieurs puissent leur trouver des applications.

"Nous n'avons pas encore d'images de CNT, mais nous avons produit des images de billes de polyéthylène avec des colorants qui émettent de la lumière à différentes longueurs d'onde.

« Donc, nous savons que notre système fonctionne. »