Ce ne sont pas des rediffusions de "The Jetsons", mais des chercheurs travaillant à l'Institut national des normes et de la technologie ont développé une nouvelle technique de microscopie qui utilise un processus similaire à la façon dont un ancien téléviseur à tube produit une image - la cathodoluminescence - pour imager des caractéristiques à l'échelle nanométrique. Combinant les meilleures caractéristiques de la microscopie optique et électronique à balayage, le rapide, polyvalent, et la technique à haute résolution permet aux scientifiques de visualiser des caractéristiques de surface et de sous-surface potentiellement aussi petites que 10 nanomètres.

La nouvelle technique de microscopie, décrit dans le journal Avances AIP , utilise un faisceau d'électrons pour exciter un réseau de points quantiques spécialement conçu, les amenant à émettre une lumière visible de faible énergie très près de la surface de l'échantillon, en exploitant les effets lumineux dits « de champ proche ». En corrélant les effets locaux de cette lumière émise avec la position du faisceau d'électrons, des images spatiales de ces effets peuvent être reconstruites avec une résolution à l'échelle nanométrique.

La technique échappe parfaitement à deux problèmes de la microscopie à l'échelle nanométrique, la limite de diffraction qui restreint les microscopes optiques conventionnels à des résolutions ne dépassant pas environ la moitié de la longueur d'onde de la lumière (donc environ 250 nm pour la lumière verte), et les énergies relativement élevées et les exigences de préparation des échantillons de la microscopie électronique qui sont destructrices pour les spécimens fragiles comme les tissus.

Chercheur NIST Nikolai Zhitenev, un co-développeur de la technique, eu l'idée il y a quelques années d'utiliser un revêtement phosphore pour produire de la lumière pour l'imagerie optique en champ proche, mais à l'époque, aucun phosphore n'était disponible qui était assez mince. Des phosphores épais font diverger la lumière, limitant fortement la résolution de l'image. Cela a changé lorsque les chercheurs du NIST ont fait équipe avec des chercheurs d'une entreprise qui construit des points quantiques hautement sophistiqués et optimisés pour les applications d'éclairage. Les points quantiques pourraient potentiellement faire le même travail qu'un phosphore, et être appliqué dans un revêtement à la fois homogène et suffisamment épais pour absorber tout le faisceau d'électrons tout en étant suffisamment mince pour que la lumière produite n'ait pas à se déplacer loin vers l'échantillon.

L'effort de collaboration a révélé que les points quantiques, qui ont une conception unique de noyau-coque, produit efficacement des photons de faible énergie dans le spectre visible lorsqu'il est alimenté par un faisceau d'électrons. Une potentielle source de lumière à couche mince en main, le groupe a développé un procédé de dépôt pour les lier aux spécimens sous la forme d'un film d'une épaisseur contrôlée d'environ 50 nm.

Un peu comme dans une vieille télévision à tube où un faisceau d'électrons se déplace sur un écran au phosphore pour créer des images, la nouvelle technique fonctionne en balayant un faisceau d'électrons sur un échantillon qui a été recouvert de points quantiques. Les points absorbent l'énergie des électrons et l'émettent sous forme de lumière visible qui interagit avec et pénètre la surface sur laquelle il a été enduit. Après avoir interagi avec l'échantillon, les photons diffusés sont collectés à l'aide d'un photodétecteur rapproché, permettant de construire une image. La première démonstration de la technique a été utilisée pour imager la nanostructure naturelle du photodétecteur lui-même. Parce que la source lumineuse et le détecteur sont si proches de l'échantillon, la limite de diffraction ne s'applique pas, et des objets beaucoup plus petits peuvent être imagés.

"Initialement, notre recherche a été motivée par notre désir d'étudier comment les inhomogénéités dans la structure du photovoltaïque polycristallin pourraient affecter la conversion de la lumière solaire en électricité et comment ces dispositifs peuvent être améliorés, " dit Heayoung Yoon, l'auteur principal de l'article. "Mais on s'est vite rendu compte que cette technique pouvait aussi être adaptée à d'autres régimes de recherche, notamment l'imagerie d'échantillons biologiques et cellulaires, échantillons humides, échantillons aux surfaces rugueuses, ainsi que le photovoltaïque organique. Nous sommes impatients de mettre cette technique à la disposition de la communauté de recherche au sens large et de voir les résultats. »