Наука и технологии России

Вход Регистрация

Альтернатива электронной микроскопии

Учёные из Университета ИТМО, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе и Австралийского национального университета впервые предложили анализировать число частиц, составляющих структуру фотонного кристалла, при помощи метода оптической дифракции, то есть по пятнам света, которые видны на проекционном экране при просвечивании образца лазером. Исследователи обнаружили, что количество этих пятен соответствует количеству частиц-рассеивателей в кристалле. Ранее увидеть и посчитать эти частицы можно было только с помощью дорогостоящего электронного или атомно-силового микроскопа. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Михаил_Рыбин

«Свет чувствует неоднородность, – рассказывает Михаил Рыбин, первый автор статьи, старший научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО и лаборатории спектроскопии твердого тела ФТИ им. А.Ф. Иоффе. – В зависимости от взаимного расположения и формы рассеивателей волна распространяется за образцом определённым образом. Другими словами, структура и размер образца влияют на дифракционную картину, которую создаст свет, достигнув проекционного экрана. Мы обнаружили, что, глядя на эту картину, можно определить число рассеивателей в материале. Это позволяет узнать не только тип решетки образца (квадратная, треугольная), но и установить его строение (20 на 20 частиц или 30 на 15), просто посчитав пятнышки света на экране.

Кроме того, наш метод позволяет изучать оптические материалы без изменения их структуры в отличие от электронной микроскопии, когда на поверхность образца приходится напылять проводящий слой металла, что изменяет его оптические свойства».

Новый метод – гораздо более доступная альтернатива дорогостоящей электронной и атомно-силовой микроскопии и при этом не выводит образцы из строя. По словам Михаила Рыбина, «даже школьник может купить в магазине лазерную указку, приспособить к ней небольшую линзу для лучшей фокусировки света, закрепить образец и просветить его».

Чтобы пучок не разделялся, проходя через метаповерхность, расстояние между частицами должно быть меньше длины волны света. Однако часто свойства метаповерхности могут проявляться и при большем расстоянии между частицами. Важно найти это максимальное расстояние, поскольку каждый нанометр, на который нужно уменьшить структуру, делает технологию дороже. Так, например, учёные установили, что для света с длиной волны 530 нанометров (соответствует зелёному цвету) достаточно, чтобы расстояние между рассеивателями в исследуемой структуре было всего на 30 нанометров меньше.

«Такой зелёный пучок видит структуру с периодом в 500 нанометров уже как единое целое. То есть иногда совсем необязательно делать решетку с периодом намного меньше длины волны, ведь изготовлять структуры большего размера значительно легче с точки зрения технологии. Для одной длины волны материал может быть фотонным кристаллом, а для другой – метаповерхностью, поэтому при разработке таких структур можно проводить оценку максимального периода решетки с помощью лазера», – комментирует Михаил Рыбин.

Источник информации: сайт Университета ИТМО.

РЕЙТИНГ

4.50
голосов: 2

Обсуждение