En "Avengers: Endgame", Tony Stark advirtió a Scott Lang que enviarlo al reino cuántico y traerlo de regreso sería una "casualidad cósmica de mil millones a uno".
En realidad, reducir un haz de luz a un punto del tamaño de un nanómetro para espiar las interacciones de materia de luz a escala cuántica y recuperar la información no es más fácil. Ahora, los ingenieros de la Universidad de California, Riverside, han desarrollado una nueva tecnologíapara hacer un túnel de luz en el reino cuántico con una eficiencia sin precedentes.
en a Fotónica de la naturaleza artículo, un equipo liderado por Ruoxue Yan, profesor asistente de ingeniería química y ambiental, y Ming Liu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, describen la primera herramienta de nanoscopia óptica portátil, económica y que integra una fibra óptica de vidriocon un condensador de nanocables de plata. El dispositivo es un túnel de luz de ida y vuelta de alta eficiencia que exprime la luz visible hasta la punta del condensador para interactuar localmente con las moléculas y enviar información que puede descifrar y visualizar el esquivo nanomundo.
Nuestra capacidad de ampliar los detalles finos de un objeto está limitada por la naturaleza ondulatoria de la luz. Si alguna vez usó un microscopio óptico en una clase de ciencias, probablemente aprendió que solo se puede ampliar un objeto unas 2.000 veces antestodo se vuelve borroso. Esto se debe a que es imposible distinguir cualquier característica que tenga menos de la mitad de la longitud de onda de la luz, unos pocos cientos de nanómetros para la luz visible de campo lejano, sin importar cuán avanzado esté su microscopio.
A diferencia de las ondas de campo lejano, las ondas de campo cercano solo existen muy cerca de una fuente de luz y no se rigen por esta regla. Pero no viajan voluntariamente y son muy difíciles de utilizar u observar. Desde la década de 1920, los científicos han pensadoque forzar la luz a través de un pequeño agujero en una película de metal generaría ondas de campo cercano que podrían convertirse en luz detectable, pero los primeros prototipos exitosos no se construyeron hasta medio siglo después.
A principios de la década de 1990, Eric Betzig, ganador del Premio Nobel de Química 2014, realizó mejoras sustanciales a los prototipos anteriores en rendimiento y confiabilidad de la imagen. Desde entonces, la microscopía óptica de escaneo de campo cercano, como se conoce la técnica, se ha utilizado para revelarlos detalles a nanoescala de muchos sistemas químicos, biológicos y materiales.
Desafortunadamente, casi otro medio siglo después, esta técnica sigue siendo esotérica y pocos la usan.
"Enviar luz a través de un pequeño orificio mil veces más pequeño que el diámetro de un mechón de cabello humano no es pan comido", dijo Liu. "Solo unos pocos en un millón de fotones, o partículas de luz, pueden pasar el orificioy alcanzar el objeto que desea ver. Obtener un boleto de ida ya es un desafío; un boleto de ida y vuelta para traer una señal significativa es casi un sueño ".
Los científicos han hecho un sinfín de esfuerzos para mejorar esta oportunidad. Si bien las sondas más sofisticadas de la actualidad permiten que solo uno de cada 1,000 fotones llegue al objeto, el dispositivo UC Riverside envía la mitad de los fotones a la punta.
"La clave del diseño es un proceso de enfoque secuencial de dos pasos", dijo Yan. "En el primer paso, la longitud de onda de la luz de campo lejano aumenta lentamente a medida que viaja por una fibra óptica que se adelgaza gradualmente, sin cambiar sufrecuencia. Cuando coincide con la longitud de onda de la onda de densidad electrónica en el nanocable de plata que se encuentra en la parte superior de la fibra óptica, ¡boom! Toda la energía se transfiere a la onda de densidad electrónica y comienza a viajar en la superficie del nanocable ".
En el segundo paso del proceso de enfoque, la onda se condensa gradualmente a unos pocos nanómetros en el ápice de la punta.
El dispositivo UC Riverside, una pequeña aguja plateada con luz que sale de la punta "es como la varita de Harry Potter que ilumina un área pequeña", explicó Sanggon Kim, el estudiante de doctorado que realizó el estudio.
Kim utilizó el dispositivo para mapear la frecuencia de las vibraciones moleculares que permiten analizar los enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos en una molécula. Esto se conoce como espectroscopía Raman con punta mejorada, o TERS, imágenes. TERS es la rama más desafiantede microscopía óptica de campo cercano, ya que se trata de señales muy débiles. Por lo general, requiere un equipo voluminoso de un millón de dólares para concentrar la luz y el tedioso trabajo de preparación para obtener imágenes de súper resolución.
Con el nuevo dispositivo, Kim logró una resolución de 1 nanómetro en un equipo portátil simple. La invención podría ser una poderosa herramienta analítica que promete revelar un nuevo mundo de información a los investigadores en todas las disciplinas de la nanociencia.
"La integración de un conjunto de fibra y nanocables con espectroscopía Raman con punta mejorada junto con un microscopio de túnel de exploración permite la recopilación de imágenes químicas de alta resolución en una configuración simple y elegante, colocando esta herramienta a la vanguardia de la imagen óptica y la espectroscopía"Estamos orgullosos de este logro y su impacto en la investigación química. Estamos aún más alentados por su aplicación potencial en una amplia gama de disciplinas, como la investigación biológica y de materiales, que promoverá el avance científico", dijo Lin He, subdirector interino.director de la División de Química de la National Science Foundation que en parte financió la investigación.
El artículo, "Nanococus de alta eficiencia externa para la nanoscopia óptica de campo cercano sin lentes", se publica en Nature Photonics. Además de Liu, Yan y Kim, los autores incluyen a Ning Yu, Xuezhi Ma, Yangzhi Zhu yQiushi Liu. Todos los autores están en el Colegio de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns en UC Riverside.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Holly Ober. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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