Plazmonová mikroskopie

David Břeň, 20. června

Při optické mikroskopii jsou hranice možností pozorování zdánlivě dány na první pohled. Velikost předmětu by měla být větší nebo alespoň srovnatelná s vlnovou délkou světla, kterým předmět pozorujeme. Na Marylandské univerzitě a Královské univerzitě v Belfastu byl ale vyvinut nový postup pro optickou mikroskopii s rozlišením mnohem vyšším, než je vlnová délka světla, použitím povrchových plazmonůPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru.. Povrchové plazmony jsou excitace vln v koncentraci elektronů, které se pohybují podél rozhraní mezi vodičem a dielektrikem. Tyto vlny mohou být vybuzeny fotony, a mohou naopak fotony vybudit. Když je frekvence budícího záření blízká plazmové frekvenci elektronůPlazmová frekvence elektronů – charakteristická frekvence v plazmatu, pod kterou se nemohou šířit řádné elektromagnetické vlny. Při nižších frekvencích totiž energii vlny přebírají oscilace elektronů, vratnou silou je Coulombova elektrická síla vznikající vychýlením souboru elektronů oproti souboru iontů. Měřením plazmové frekvence lze určit koncentraci plazmatu. v kovu, vlnová délka plazmonů se stává mnohem kratší než je vlnová délka budícího záření. Tento jev umožňuje použití plazmonůPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru. v různých technikách, které překonávají hranice ohybových jevů světla.

V tomto novém mikroskopu je vzorek umístěn na vrstvičku zlata (vodiče) a je ponořen do kapičky vody nebo glycerinu (dielektrika). Argonovým laserovým světlem o vlnové délce 502 nm jsou excitovány plazmonyPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru. na rozhraní zlato – glycerin. Tyto povrchové plazmonyPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru. mají vlnovou délku pouze 69,8 nm! Výsledné rozlišení je zcela mimořádné a efektivní index lomu 7,14 je mnohem větší než index lomu jakékoliv tekutiny.

Zdrojem plazmonůPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru. jsou jsou jakékoliv nepravidelnosti na povrchu kovu, tedy i tyto dírky vyškrábané na povrchu zlaté folie. Emitované plazmony jsou fokusovány na kovovém povrchu téměř parabolickým okrajem kapičky, takže vytvoří zvětšený obraz dírky v centrální části kapičky. Když se plazmony setkají s nepravidelnostmi povrchu vzorku na rozhraní kov – dielektrikum, vytvoří páry s fotony emitovanými z povrchu. A konvenční optický mikroskop pak může pozorovat již zvětšený obraz.

V experimentu provedeném Igorem Smolyaninovem z Marylandské univerzity bylo jako vzorku k demonstraci rozlišení až 60 nm použito uměle vytvořené testovací pole nanodírek. To je rozměr srovnatelný s vlnovou délkou plazmonůPlazmon – kvazičástice (kvantum) podélných oscilací v elektronovém plynu nebo v pevných látkách (kovy, nekovy plasty). Například v kovech je možné vybudit oscilace plazmatu jako kolektivní excitace plynu vodivostních elektronů. Odražené či prošlé elektrony nebo fotony interagující s plazmony vykazují ztráty energie rovné celistvým násobkům energie plazmonu. Vytváření plazmonů (ve většině materiálů o energii 10÷20 eV) vede k energetickým ztrátám, které se projeví ve formě tzv. Ferrelova záření (objeveno v roce 1960) v UV nebo V oboru. a je to jen osmina vlnové délky světla laseruLASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, zesílení světla pomocí stimulované emise záření. Roku 1958 ukázal C. Townes spolu s A. L. Schawlowem, že je možné zkostruovat podobné zařízení jako již existující MASER (pracuje v mikrovlnné oblasti) také pro světlo. První laser zkonstruoval T. H. Maiman v roce 1960. Jako aktivní prostředí posloužily ionty chrómu v syntetickém rubínovém krystalu. nasvěcujícího vzorek. Smolyaninov tvrdí, že teoreticky tyto mikroskopy mohou dosáhnout rozlišení pouhých několika nanometrů! To by umožnilo zobrazení jednotlivých virů nebo molekul DNA.

Výhodou této metody je také to, že vzorky ponořené do vodního prostředí nejsou na rozdíl od elektronové mikroskopie zničeny. Rovněž je pozoruhodné, že tento proces použitý reverzně může vytvořit litografický vzorek. Imersní (ponorná) litografieLitografie – metoda tisku na hladké povrchy, současně metoda úpravy povrchu polovodičů. Speciálním případem je imersní litografie, jejímž základem je odpuzování oleje a vody. Část povrchu média má za pomocí leptání kyselinami implementován do své struktury olej. Při tisku je povrch pokryt vodou, barva rozpustná v oleji přilne jen k leptaným částem. nyní umožňuje zmenšení charakteristických velikostí o 30 %. Snížení velikosti ještě sedmi či osminásobně by umožnilo vývoj litografických nástrojů nové generace, které by byly srovnatelné s postupy založenými na rentgenovém nebo UV záření. Nicméně velkým omezením se může stát nezbytnost vodivého povrchu.

Bonus: Klip „Růst india na křemíku“

Růst india na křemíku. Na klipu vidíte dvojrozměrný růst krystalů india na povrchu křemíku za teploty 460 °C. jednotlivé obrázky byly snímány nízkoenergetickým elektronovým mikroskopem. Celková šířka záběru je 5 mikrometrů. Zdroj: Arizona State University.

Odkazy