ナノ粒子と安価なレーザーにより顕微鏡は 10 倍良くなる可能性がある

非常に強力で安価な顕微鏡は、光を強化する簡単な方法を見つけ出した新しい研究の結果である可能性があります。

現時点では、コンピューターチップ内のタンパク質やトランジスタなどの小さなものを見るには、電子顕微鏡か、さらに高価で不便な技術が必要です。

これは、特に医学研究やコンピューターチップの製造において、多くのナノスケール科学を妨げています。 コンピューターチップのナノスケールの障害を発見できなければ、数十億ドルの損失が生じる可能性があります。

しかし、国際的な研究者チームによって『Science Advances』に発表された研究は、より簡単な拡大への道を導く可能性のある方法を発見しました。

「顕微鏡で見ると、かなり小さい物体を見ることができますが、無限に小さいわけではありません」と、オーストラリア国立大学 (ANU) の非線形物理学センターの研究員で主著者であるセルゲイ・クルック博士は述べています。

「限界は光の波長です。特定の顕微鏡で見ることができる最小サイズを正確に割り出す方程式はありますが、大まかに言えば、光の波長の半分ほど小さい物体を見ることができます。」

光についての説明が必要ですか? 読む: 光とは何ですか?

紫色の光の波は可視光の中で最も短く、波長は約 400 ナノメートル (nm) です。 これは高周波可視光とも呼ばれ、周波数が高くなるほど波長が短くなります。

これは、200nm より小さいものを見るのは難しいことを意味します。ほとんどの分子とすべての原子は、200nm よりもはるかに小さいのです。

これを回避する 1 つの方法は、より波長の短い非可視光を使用することです。

「波長100ナノメートルの極端紫外線を使えば、大きさが約50ナノメートルのものを見ることができるかもしれない」とクルック氏は言う。

しかし、これほど短い波長の光を得るのは簡単ではありません。

「極紫外線の自然発生源は存在せず、人工発生源は稀で、非常にかさばり、非常に高価です」とクルック氏は言う。

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「たとえば、シンクロトロンは極端紫外光を生成できます。しかし、これらの機械は、部屋の大きさから、建物や小さな町の大きさまで、どこにでも設置できます。自由電子レーザーは極端紫外光を生成できますが、やはり、これらの装置は、非常に大規模で非常に高価なセットアップです。

「したがって、私の理解では、卓上または靴箱サイズで極端紫外線の光源を得るために今日私たちが知っている唯一の経路は、高調波発生と呼ばれるプロセスです。そしてそれが私たちが追求しようとしたものです。」

研究者らはまだ極紫外線には到達していないが、低周波の光源を高周波に変えることができることを示した。

「私たちは従来の光源であるレーザー、つまり私たちの場合は赤外線[光]から始めました」とクルック氏は言います。

「レーザーから単一のナノ粒子に光パルスの短いバーストを照射します。そして、ナノ粒子はそのレーザーの周波数の倍数を生成します。それは、周波数の 2 倍、3 倍、4 倍などを生成します。私たちの場合は、最大 7 倍の周波数が検出されました。」

これは実際には目に見えない低周波の赤外線が可視の青色光に変化したものです。

「同じ原理を赤色光から開始する設定に適用し、周波数を 7 倍にすれば、極紫外線に到達できるはずだと考えています」とクルック氏は言います。

「これは商用レーザーであり、かなりコンパクトでかなり手頃な価格です。そして、それは私たちの研究の新規性であるナノ粒子から設計されています。私たちのチームはそれらの粒子を自分たちで設計し、製造しました。」

彼らが 7 つの乗算で停止しなければならない物理的な理由もありません。これは、彼らが使用していた装置で検出できた最高の数値に過ぎません。

次に、チームは極紫外線の研究に取り組み、その使用を実際に実証できるかどうかを確認する予定です。

「私たちは特に ANU の医学研究学部と交流しています。そこで、生物学や医学の研究者と協力して、これらの光源を使って何か有用なものを見つけようと試みるつもりです」とクルック氏は言います。

これを達成するには約 3 年かかり、研究助成金や博士号プロジェクトとほぼ同じ規模になるとクルック氏は考えています。

当初はコスモスによって「非常に小さなものを探している、研究者は光を見る」として出版されました

エレン・フィディアンは、コスモスの科学ジャーナリストです。 彼女はオーストラリア国立大学で化学と科学コミュニケーションの学士号 (優等学位) と科学コミュニケーションの修士号を取得しています。

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