Микроскоп на поверхностных плазмонах

9988.jpg

Устройство любого микроскопа основано на принципе улавливания видимого света. Известно, что свет неравномерен: он состоит из потока огромного числа фотонов, квантовых частиц. Разрешающая способность, в свою очередь, определяется таким явлением, как дифракция.

Дифракция - это огибание препятствий волнами, то есть любое отклонение от распределения волн. В микроскопе дифракция определяет минимальное расстояние между двумя светящимися точками. Минимальное расстояние, на котором могут находиться эти точки - половина светового расстояния (длины волны света, которую излучают эти точки). Для примера: если длина волны составляет 630 нм, то разрешающая способность микроскопа будет не более 15 нм. Появляется необходимость в способе, при котором можно получить разрешение, превышающее дифракционный предел. Теоретически эта задача была решена. Для этого, нужно было научиться распределять больший поток квантовых частиц в меньшем слое. Область локализации этих частиц должна быть перпендикулярной их движению. Но возникла новая задача: как это осуществить на практике. И тут на помощь приходят плазмоны - квазичастицы (отличные от электронов, протонов и нейтронов), возникающие в результате колебания электронов относительно ионов. Плазмоны существуют только в целом веществе. Например, они содержатся в металле, но если металл нагреть до полного испарения, то, соответственно, никаких плазмонов здесь содержаться не будет.

598c2a2882b6.jpgВпервые плазмоны были обнаружены еще в 1902 году американским оптиком Робертом Вудом. Он обнаружил непонятные изменения интенсивности пучка света. Только в 1941 году удалось объяснить эти странные изменения. В конце 60-ых годов плазмонам нашлось применение: Андреас Отто предложил использовать их в оптике. В 1971 году Эрвин Кречманн предложил наносить плазмоны на тонкую проводящую пленку, которая в свою очередь будет наноситься на призму. Наконец, в 1988 году Вольфган Кноль и Бенно Ротенхойслер предложили использовать поверхностные плазмоны в микроскопии с помощью специально сделанной сетки. Результаты оказались впечатляющими: простота конструкции и высокое разрешение сделали микроскоп на поверхностных плазмонах незаменимым для таких областей науки, как физика, химия, медицина, биология и техника.

9988.jpg

Устройство любого микроскопа основано на принципе улавливания видимого света. Известно, что свет неравномерен: он состоит из потока огромного числа фотонов, квантовых частиц. Разрешающая способность, в свою очередь, определяется таким явлением, как дифракция.

Дифракция - это огибание препятствий волнами, то есть любое отклонение от распределения волн. В микроскопе дифракция определяет минимальное расстояние между двумя светящимися точками. Минимальное расстояние, на котором могут находиться эти точки - половина светового расстояния (длины волны света, которую излучают эти точки). Для примера: если длина волны составляет 630 нм, то разрешающая способность микроскопа будет не более 15 нм. Появляется необходимость в способе, при котором можно получить разрешение, превышающее дифракционный предел. Теоретически эта задача была решена. Для этого, нужно было научиться распределять больший поток квантовых частиц в меньшем слое. Область локализации этих частиц должна быть перпендикулярной их движению. Но возникла новая задача: как это осуществить на практике. И тут на помощь приходят плазмоны - квазичастицы (отличные от электронов, протонов и нейтронов), возникающие в результате колебания электронов относительно ионов. Плазмоны существуют только в целом веществе. Например, они содержатся в металле, но если металл нагреть до полного испарения, то, соответственно, никаких плазмонов здесь содержаться не будет.

598c2a2882b6.jpgВпервые плазмоны были обнаружены еще в 1902 году американским оптиком Робертом Вудом. Он обнаружил непонятные изменения интенсивности пучка света. Только в 1941 году удалось объяснить эти странные изменения. В конце 60-ых годов плазмонам нашлось применение: Андреас Отто предложил использовать их в оптике. В 1971 году Эрвин Кречманн предложил наносить плазмоны на тонкую проводящую пленку, которая в свою очередь будет наноситься на призму. Наконец, в 1988 году Вольфган Кноль и Бенно Ротенхойслер предложили использовать поверхностные плазмоны в микроскопии с помощью специально сделанной сетки. Результаты оказались впечатляющими: простота конструкции и высокое разрешение сделали микроскоп на поверхностных плазмонах незаменимым для таких областей науки, как физика, химия, медицина, биология и техника.

Микроскоп - часть 2

Устройство:

6a2568ac36f5.jpgГлавный элемент всего прибора - это тонкая металлическая пленка. От правильной толщины этой пленки зависит разрешающая способность всего микроскопа. Если пленка будет слишком тонкой, то плазмоны будут распадаться. Если пленка будет слишком толстой, то возникнет эффект зеркала - электромагнитное изучение не будет доходить до поверхности. Для пленки используется металл с минимальной величиной диэлектрической проницаемости - серебро. К сожалению, серебряная пленка быстро окисляется. Кроме того, разрешение также зависит от того, на какое расстояние смогут распространиться плазмоны.

Микроскопы на поверхностных плазмонах широко используются для изучения различных мономолекулярных слоев - это основная область применения этих микроскопов.

Другая область применения - биология. В этом случае важна не только высокая степень разрешения микроскопа, но и разрешающая способность самого изучаемого объекта. При помощи плазменного микроскопа можно, например, разглядеть границы между цитоплазмой и клеточной стенкой.

Источник:
Современные Чудеса Света


Похожие факты