Исследователи из США предложили новую технику изображения наноструктур, вобравшую в себя лучшие качества от оптической и электронной микроскопии. Гибридная методика могла бы использоваться в будущем для того, чтобы визуализировать ультрабыстрые события, происходящие при малых радиусах взаимодействия.

С развитием нанотехнологий перед учеными все чаще встает задача разработки новых методик отображения, которые позволили бы рассматривать все более мелкие детали наноструктур на меньших временных интервалах. Когда-то со всеми поставленными задачами справлялась оптическая микроскопия, потом ей на смену пришла электронная. Но уже сегодня появились задачи, с которыми не может справиться электронный микроскоп, а для научного прогресса требуется дальнейшее развитие инструментов. Разнообразные методики сканирования (сканирующая туннельная микроскопия) – это хороший способ отображения статических поверхностей, но совершенно не подходящий инструмент для создания «моментальных» снимков процессов, происходящих в наномире.

С первого взгляда кажется, что это научный тупик. Но и в этом направлении, порой, случаются значимые прорывы. В частности, новая техника отображения, предложенная группой ученых из США, позволяет «фотографировать» нанообъекты с фемтосекундным разрешением по шкале времени (1 секунда = 1015 фемтосекунд). Гибридная методика, получившая название «индуцированная фотонами ближнее-польная электронная микроскопия» комбинирует в себе пространственное разрешение электронного микроскопа и возможности быстрого отображения при помощи световых импульсов.

Суть методики заключается в том, что исследуемый объект (допустим, углеродная нанотрубка или серебряная нанонить) освещается при помощи импульса излучения фемтосекундного лазера, создающего ответную так называемую «исчезающую волну» (эванесцентную волну или evanescent wave; специфическую неоднородную плоскую волну, затухающую экспоненциально при удалении от объекта). В отличие от обычных волн, «исчезающие» существуют только около поверхности освещенного объекта, таким образом, сильно взаимодействую только с поверхностными электронами. Ученые использовали этот факт, фокусируя на поверхности пучок электронов одновременно с освещением при помощи импульса лазерного излучения. В результате взаимодействия, электроны получают энергию от светового поля «исчезающей волны»; эту энергию можно зафиксировать на эксперименте. Полученное детектором количество ускоренных электронов пропорционально силе «исчезающего» оптического поля.

К слову, электроны, задействованные в новой технике отображения, двигаются со скоростью, составляющей 70% скорости света. Этим и объясняется высокая разрешающая способность методики по шкале времени. Для эффективного отображения на таких коротких временных интервалах, ученым необходимо использовать достаточно сильное оптическое поле, которое формируется при помощи двух синхронизированных фемтосекундных лазеров.

Достигнутое разрешение по шкале времени, а также перспективы, открывающиеся перед учеными, благодаря новой технике отображения, позволят в будущем детально исследовать процессы, происходящие, например, в фотонных устройствах.