“甜甜圈”光束帮助物理学家看到难以置信的小物体

在一项新的研究中，博彩平台推荐的研究人员使用甜甜圈形状的光束来拍摄 微小物体的详细图像 用传统的显微镜.

这项新技术可以帮助科学家改进一系列“纳米电子学”的内部工作原理,包括计算机芯片中的微型半导体. 的 发现被强调了. 1 发表在《博彩平台推荐》特刊上 & 光子新闻在2023年称为光学.

这项研究是印刷术领域的最新进展, 很难发音(“p”是不发音的)，但这是一种观察微小事物的强大技术. 与传统的显微镜不同，压型照相工具不能直接观察小物体. 而不是, 它们向目标发射激光, 然后测量光线是如何散射的——有点像在墙上制作皮影的微观等效物.

到目前为止, 这种方法非常有效, 只有一个例外, 该研究的资深作者、杰出物理学教授玛格丽特·莫纳恩说.

“直到最近, 对于高周期的样品，它完全失效了, 或者有规律重复图案的物体,莫南说, 研究员 JILA是一个联合研究所 博彩平台推荐和美国国家标准与技术研究所(NIST). “这是一个问题，因为它包括很多纳米电子学.”

她指出，许多重要的技术，比如一些半导体，都是由硅或碳等原子以小网格或网状的规则模式连接在一起构成的. 迄今为止，这些结构对科学家来说很难用触感术近距离观察.

然而，在这项新研究中，Murnane和她的同事们提出了一个解决方案. 而不是在显微镜中使用传统的激光, 他们制造出甜甜圈形状的极紫外光束.

该团队的新方法可以收集大约10到100纳米大小的微小精致结构的精确图像, 或者比百万分之一英寸小很多倍. 在未来，研究人员希望放大观察更小的结构. 的甜甜圈, 或者光学角动量, 在这个过程中，光束也不会像一些现有的成像工具那样损坏微小的电子设备, 比如电子显微镜, 有时可以.

“在未来, 这种方法可以用来检查用于制造和打印半导体的聚合物的缺陷, 在这个过程中不会损坏这些结构,穆纳恩说.

王斌和内森·布鲁克斯, 谁在2023年获得了JILA的博士学位, 这项新研究的第一作者是谁. 

挑战显微镜的极限

研究, Murnane说, 突破了显微镜的基本极限:因为光的物理特性, 使用透镜的成像工具只能看到200纳米分辨率的世界，这不足以捕获许多病毒, 例如, 会感染人类. 科学家们可以冷冻和杀死病毒，用强大的低温电子显微镜观察它们, 但目前还无法实时捕获这些病原体. 

在2000年代中期首创的印刷术可以帮助研究人员突破这一限制.

要理解其中的奥秘，就回到皮影上. 想象一下，科学家想要收集一个非常小的结构的平面图像, 也许是字母“CU”.为了做到这一点，他们首先用激光束照射字母，多次扫描它们. 当灯碰到“C”和“U”(在这种情况下), 木偶), 光束会断裂并散射, 产生一个复杂的图案(阴影). 采用灵敏的探测器, 科学家记录下这些模式, 然后用一系列数学方程对其进行分析. 有足够的时间, Murnane解释, 他们完全根据自己投下的影子来重塑木偶的形状.

“博彩平台推荐使用算法，而不是使用镜头来检索图像，”Murnane说.

她和她的同事们以前用这种方法来观察亚微观的形状，如字母或星星.

但这种方法不适用于像硅或碳网格这样的重复结构. 如果你用一束有规律的激光照在半导体上, 例如, 它通常会产生一个令人难以置信的均匀的散点模式——平面图算法很难理解那些没有太多变化的模式. 

这个问题已经让物理学家们摸不着头脑将近十年了.

甜甜圈显微镜

然而，在新的研究中，Murnane和她的同事们决定尝试一些不同的方法. 他们没有使用常规激光制作皮影. 而不是, 它们产生了极紫外光束, 然后使用一种称为螺旋相板的装置将这些光束扭曲成螺旋形, 或涡. (当这样的光漩涡照射在平面上时，它会形成一个像甜甜圈一样的形状.)

甜甜圈梁没有粉红色的釉料或糖屑，但它们做到了. 研究小组发现，当这些类型的光束从重复结构反弹时, 他们创造的皮影比普通激光要复杂得多. 

来测试新方法, 研究人员创造了一个碳原子网，其中一个链接上有一个微小的断裂. 该小组能够精确地发现这种缺陷，而这种缺陷在其他体型学工具中是看不到的. 

“如果你试图用扫描电子显微镜来成像同样的东西, 你会进一步破坏它,穆纳恩说.

前进, 她的团队想让他们的甜甜圈策略更加准确, 让他们看到更小甚至更脆弱的物体，包括, 有一天,, 生命的运作, 生物细胞.

这项新研究的其他共同作者包括Henry Kapteyn, 物理学教授，JILA研究员, 以及现任和前任JILA研究生Peter Johnsen, 尼古拉斯•詹金斯, Yuka Esashi, Iona Binnie和Michael Tanksalvala.