Les scientifiques ont développé de nouveaux matériaux pour l'électronique de nouvelle génération si petits qu'ils sont non seulement indiscernables lorsqu'ils sont étroitement emballés, mais qu'ils ne réfléchissent pas assez de lumière pour montrer les détails fins, tels que les couleurs, même avec les microscopes optiques les plus puissants. Sous un microscope optique, les nanotubes de carbone, par exemple, semblent grisâtres. L'incapacité de distinguer les détails fins et les différences entre les différents morceaux de nanomatériaux rend difficile pour les scientifiques d'étudier leurs propriétés uniques et de découvrir des moyens de les perfectionner pour une utilisation industrielle.

Dans un nouveau rapport dans Nature Communications , des chercheurs de l'UC Riverside décrivent une technologie d'imagerie révolutionnaire qui comprime la lumière d'une lampe en un point de la taille d'un nanomètre. Il maintient cette lumière au bout d'un nanofil d'argent comme un étudiant de Poudlard pratiquant le sort "Lumos", et l'utilise pour révéler des détails auparavant invisibles, y compris les couleurs.

L'avancée, améliorant la résolution de l'imagerie couleur à un niveau sans précédent de 6 nanomètres, aidera les scientifiques à voir les nanomatériaux avec suffisamment de détails pour les rendre plus utiles dans l'électronique et d'autres applications.

Ming Liu et Ruoxue Yan, professeurs associés au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, ont développé cet outil unique avec une technique de superfocalisation développée par l'équipe. La technique a été utilisée dans des travaux antérieurs pour observer la vibration des liaisons moléculaires à une résolution spatiale de 1 nanomètre sans avoir besoin d'aucune lentille de focalisation.

Dans le nouveau rapport, Liu et Yan ont modifié l'outil pour mesurer des signaux couvrant toute la gamme de longueurs d'onde visibles, qui peuvent être utilisés pour rendre la couleur et représenter les structures de bande électronique de l'objet au lieu des seules vibrations des molécules. L'outil comprime la lumière d'une lampe au tungstène dans un nanofil d'argent avec une diffusion ou une réflexion quasi nulle, où la lumière est transportée par l'onde d'oscillation d'électrons libres à la surface de l'argent.

La lumière condensée quitte la pointe du nanofil d'argent, qui a un rayon de seulement 5 nanomètres, dans un chemin conique, comme le faisceau lumineux d'une lampe de poche. Lorsque la pointe passe au-dessus d'un objet, son influence sur la forme et la couleur du faisceau est détectée et enregistrée.

"C'est comme utiliser votre pouce pour contrôler le jet d'eau d'un tuyau", a déclaré Liu, "Vous savez comment obtenir le modèle de pulvérisation souhaité en changeant la position du pouce, et de même, dans l'expérience, nous lisons le modèle de lumière pour récupérer les détails de l'objet bloquant la buse lumineuse de taille 5 nm."

La lumière est ensuite focalisée dans un spectromètre, où elle forme un minuscule anneau. En balayant la sonde sur une zone et en enregistrant deux spectres pour chaque pixel, les chercheurs peuvent formuler les images d'absorption et de diffusion avec des couleurs. Les nanotubes de carbone à l'origine grisâtres reçoivent leur première photographie couleur, et un nanotube de carbone individuel a maintenant la chance d'exposer sa couleur unique.

"Le nanofil d'argent à pointe pointue atomiquement lisse et son couplage optique et sa focalisation presque sans dispersion sont essentiels pour l'imagerie", a déclaré Yan. "Sinon, il y aurait une intense lumière parasite en arrière-plan qui ruinerait tout l'effort. "

Les chercheurs s'attendent à ce que la nouvelle technologie puisse être un outil important pour aider l'industrie des semi-conducteurs à fabriquer des nanomatériaux uniformes avec des propriétés cohérentes à utiliser dans les appareils électroniques. La nouvelle technique de nano-imagerie couleur pourrait également être utilisée pour améliorer la compréhension de la catalyse, de l'optique quantique et de la nanoélectronique.

Liu, Yan et Ma ont été rejoints dans la recherche par Xuezhi Ma, un chercheur postdoctoral à l'Université Temple qui a travaillé sur le projet dans le cadre de sa recherche doctorale à UCR Riverside. Les chercheurs comprenaient également les étudiants UCR Qiushi Liu, Ning Yu, Da Xu, Sanggon Kim, Zebin Liu, Kaili Jiang et le professeur Bryan Wong.

L'article s'intitule "Imagerie spectroscopique par transmission et diffusion optiques à super-résolution de 6 nm de nanotubes de carbone à l'aide d'une source de lumière blanche à l'échelle nanométrique". + Explorer plus loin

La sonde à fibre optique peut voir les liaisons moléculaires