Seit Antonie van Leeuwenhoek im späten 17. Jahrhundert die Welt der Bakterien durch ein Mikroskop entdeckte, versucht der Mensch, tiefer in die Welt des unendlich Kleinen zu blicken.
Es gibt jedoch physikalische Grenzen dafür, wie genau wir ein Objekt mit herkömmlichen optischen Methoden untersuchen können. Dies wird als Beugungsgrenze bezeichnet und wird durch die Tatsache bestimmt, dass sich Licht als Welle manifestiert. Das bedeutet, dass ein fokussiertes Bild niemals kleiner als die halbe Wellenlänge des Lichts sein kann, das zur Beobachtung eines Objekts verwendet wird.
Versuche, diese Grenze mit „Superlinsen“ zu überschreiten, stießen alle auf die Hürde extremer Sehverluste, die die Linsen undurchsichtig machten. Jetzt haben Physiker der Universität Sydney einen neuen Weg aufgezeigt, um Superlinsen mit minimalen Verlusten zu erreichen und dabei die Beugungsgrenze um einen Faktor von fast dem Vierfachen zu durchbrechen. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg bestand darin, die Superlinse vollständig zu entfernen.
Die Forschung ist veröffentlicht in Naturkommunikation.
Die Arbeit sollte es den Wissenschaftlern ermöglichen, die hochauflösende Mikroskopie weiter zu verbessern, sagen die Forscher. Es könnte die Bildgebung in so unterschiedlichen Bereichen wie der Krebsdiagnostik, der medizinischen Bildgebung oder der Archäologie und Forensik voranbringen.
Der Hauptautor der Forschung, Dr. Alessandro Tuniz von der School of Physics und dem Nano Institute der University of Sydney, sagte: „Wir haben jetzt eine praktische Möglichkeit entwickelt, Superlinsen ohne Superlinse zu implementieren. Dazu haben wir unsere Lichtsonde platziert.“ weit vom Objekt entfernt und sammelte sowohl hoch- als auch niedrigaufgelöste Informationen. Durch die Messung in größerer Entfernung stört die Sonde die hochauflösenden Daten nicht, ein Merkmal früherer Methoden.“
Frühere Versuche haben versucht, Superlinsen aus neuartigen Materialien herzustellen. Allerdings absorbieren die meisten Materialien zu viel Licht, als dass die Superlinse sinnvoll wäre.
Dr. Tuniz sagte: „Wir überwinden dieses Problem, indem wir die Superlinsenoperation als Nachbearbeitungsschritt auf einem Computer nach der eigentlichen Messung durchführen. Dadurch entsteht ein ‚wahrheitsgetreues‘ Bild des Objekts durch die selektive Verstärkung des evaneszenten (oder verschwindenden) Lichts.“ Wellen.“
Co-Autor Associate Professor Boris Kuhlmey, ebenfalls von der School of Physics und Sydney Nano, sagte: „Unsere Methode könnte zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in Blättern mit größerer Auflösung eingesetzt werden oder bei fortgeschrittenen Mikrofabrikationstechniken wie der zerstörungsfreien Bewertung nützlich sein.“ der Mikrochip-Integrität. Und die Methode könnte sogar verwendet werden, um verborgene Schichten in Kunstwerken aufzudecken, was sich möglicherweise als nützlich bei der Aufdeckung von Kunstfälschungen oder versteckten Werken erweisen könnte.“
Typischerweise wurde bei Superlinsenversuchen versucht, die hochauflösenden Informationen genau zu erfassen. Das liegt daran, dass diese nützlichen Daten exponentiell mit der Entfernung abnehmen und schnell von Daten mit niedriger Auflösung überwältigt werden, die nicht so schnell verfallen. Wenn die Sonde jedoch so nah an ein Objekt herangeführt wird, wird das Bild verzerrt.
„Indem wir unsere Sonde weiter wegbewegen, können wir die Integrität der hochauflösenden Informationen aufrechterhalten und eine Nachbeobachtungstechnik verwenden, um die niedrigaufgelösten Daten herauszufiltern“, sagte außerordentlicher Professor Kuhlmey.
Die Forschung wurde mit Licht im Terahertz-Frequenzbereich bei Millimeterwellenlänge im Bereich des Spektrums zwischen sichtbarem und Mikrowellenbereich durchgeführt.
Associate Professor Kuhlmey sagte: „Dies ist ein sehr schwierig zu bearbeitender Frequenzbereich, aber ein sehr interessanter, da wir in diesem Bereich wichtige Informationen über biologische Proben erhalten könnten, beispielsweise über die Proteinstruktur, die Hydratationsdynamik oder für die Verwendung in der Krebsbildgebung.“ .“
Dr. Tuniz sagte: „Diese Technik ist ein erster Schritt, um hochauflösende Bilder zu ermöglichen und dabei einen sicheren Abstand zum Objekt einzuhalten, ohne das Gesehene zu verzerren. Unsere Technik könnte in anderen Frequenzbereichen eingesetzt werden. Wir erwarten, dass jeder hochauflösende Aufnahmen macht.“ Die optische Mikroskopie wird diese Technik von Interesse finden.“
Mehr Informationen:
Subwellenlängen-Terahertz-Bildgebung mittels virtueller Superlinse im strahlenden Nahfeld, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41949-5