伊利诺伊大学新研究推动了光学显微镜的发展

伊利诺伊州大学新研究正在推动光学显微镜领域的发展,为该领域提供了一个关键新工具,该研究团队正在用一个全新的光学框架挑战这些基本原理。可以解决科学和工程的许多领域难题,包括半导体晶圆检测、纳米颗粒传感、材料表征、生物传感、病毒计数和微流体监测。该研究成果为使用光学显微镜揭示影响我们日常生活的难题打开了新大门。

这项研究工作意义重大,不仅推进了对光学成像的科学理解,还使研究人员能够直接可视化具有深度亚波长分离的未标记物体。我们可以看到纳米级结构,而无需执行任何图像后处理。

该团队的突破始于2018年5月,当时研究人员在其中一项模拟中偶然发现了一项非凡的结果。当时他们正在进行晶圆缺陷检测的理论研究,需要建立一个模拟工具来模拟光如何在显微镜系统中传播。在接下来的三个月中,研究人员夜以继日地工作,试图理解其背后的物理原理。

但是,还要花五个月的反复试验才能学习如何构建和对准光学系统,以便实验配置能够复制模型假设。2019年1月,团队终于意识到必要的实验条件,并直接可视化了他们的第一组深亚波长物体。

使用标准的光学显微镜来可视化纳米级物体是非常具有挑战性的,不仅因为衍射障碍,而且信号也很弱。该实验必须利用两个新的有趣的物理概念,即反对称激发和非共振放大,以提高纳米级物体的信噪比。

伊利诺伊大学新研究推动了光学显微镜的发展
单个纳米线及其制造缺陷的实验可视化。

该团队证明了该技术可以使用低数值孔径物镜(0.4 NA)在宽视场(726-μm×582-μm)上感应自由形态和固定形态的纳米级物体。研究人员说:”我们很幸运,上面显示的测试样品上的某些纳米线存在制造缺陷。这使我们能够展示半导体芯片中20 nm以下缺陷的可视化。将来,也可能会应用我们的纳米线。通过选择具有最佳几何结构和合适的折射率的纳米线并在纳米线周围构图官能团将该方法用于生物物体(例如病毒或分子簇)可视化传感。

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