|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Microscópio em plasmons de superfície. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Normalmente, objetos com espessura de angstrom não podem ser observados usando luz visível. No entanto, existe um microscópio que permite fazer isso. O limite do poder de resolução de um microscópio é definido pelo fenômeno da difração da luz. A difração é a curvatura das ondas em torno de obstáculos. Num sentido mais amplo, qualquer desvio na propagação das ondas das leis da óptica geométrica. No caso de um microscópio, a difração determina a distância mínima entre dois pontos luminosos na qual os veríamos no microscópio como dois, e não como um. Após alguns cálculos, verifica-se que a distância mínima na qual dois pontos luminosos podem ser localizados será da ordem de metade do comprimento de onda da luz em que eles emitem. Assim, para radiação no comprimento de onda de 630 nm, pode-se contar com a resolução de objetos de tamanho não superior a 315 nm. Mas o fenômeno da difração pode ser visto de um ângulo diferente. Sabe-se que a luz é um fluxo de fótons, partículas quânticas. É a mecânica quântica que nos ajudará a entender como obter uma resolução que exceda em muito o limite de difração. O fato é que a relação de incerteza conecta dois vetores, o momento de uma partícula e seu vetor raio. Como SI escreve Valyansky no Soros Educational Journal: "Agora, se perguntarmos incerteza na definição de momento, então daremos essa incerteza na definição das coordenadas de um objeto quântico, que não podemos mais reduzir. Isso nos dá um certo volume no espaço de coordenadas. Seja algum cubo de volume conhecido. Mas ninguém nos proíbe de deformá-lo, sem alterar seu volume e sem violar assim a relação de incerteza geral. E deformamos esse cubo em uma panqueca fina, que tem um grande área, mas uma pequena espessura. Se o quantum se move em uma direção paralela ao plano desta panqueca, então devido à grande incerteza de sua localização no plano da panqueca, é possível obter uma certeza bastante grande na projeção do momento neste plano. Ao mesmo tempo, obtemos uma localização bastante elevada do quantum na direção perpendicular a este plano, mas uma enorme incerteza na projeção do momento nesta direção. Assim, a precisão da determinação da direção do movimento de um quantum em um plano paralelo ao plano da panqueca está diretamente relacionada à espessura dessa panqueca. Por outras palavras, quanto mais fina a panqueca desenrolamos o nosso volume, mais precisamente podemos medir a direção do movimento do quantum no plano da panqueca. Assim, verifica-se que podemos determinar com precisão uma das projeções do vetor raio e uma das projeções do momento. Somente essas projeções são mutuamente perpendiculares." Mas como a teoria pode ser colocada em prática? Com efeito, para trabalhar com grandes fluxos de quanta localizados em uma camada fina, é necessário que eles se propaguem muito bem nesta camada fina, pois queremos fazer com que a região de sua localização na direção perpendicular ao seu movimento seja de tamanho nanométrico. .
É aqui que os plasmons vêm em socorro. Plasmons são quasipartículas (quanta) resultantes de oscilações de elétrons de condução em relação aos íons. Para sólidos, como metais, estas são vibrações de elétrons de condução em relação ao núcleo iônico do cristal. Eles são chamados de quasipartículas para distingui-los das partículas quânticas reais - elétrons, prótons, nêutrons, etc. Sua diferença está no fato de que se você aquecer um metal para que ele se transforme em um gás dos átomos que o constituíram originalmente, então não haverá plasmons lá. Eles existem apenas quando existe metal como um todo.
No futuro, estaremos interessados em quanta de campo eletromagnético associados a oscilações de cargas superficiais na ausência de um campo excitante. Por analogia com os plasmons convencionais, são introduzidas quasipartículas - plasmons de superfície (SP). A região de sua localização está localizada próxima à interface onde as cargas superficiais estão localizadas. Em 1902, o oftalmologista americano Robert Wood descobriu uma mudança na intensidade de um feixe de luz difratado em uma grade. Esta foi a primeira observação experimental de plasmons de superfície na faixa óptica. Mas isso só foi compreendido em 1941, quando o físico teórico italiano Ugo Fano conseguiu explicar as anomalias de Wood. Somente no final da década de 1960 é que Andreas Otto aplicou as ideias desenvolvidas nos trabalhos do físico alemão às ondas eletromagnéticas na faixa óptica. Ele formulou as condições sob as quais é possível excitar ondas PP em superfícies lisas e indicou um método para sua excitação na faixa de comprimentos de onda ópticos. Assim, abriu-se o caminho para o estudo experimental de plasmons de superfície na faixa óptica. Em 1971, três anos após o trabalho de Otto, Erwin Kretschmann propôs outro esquema para excitação de plasmons de superfície na faixa óptica. Na geometria de Kretschmann, uma fina película condutora na superfície da qual os plasmons de superfície são excitados é depositada diretamente no prisma com o qual eles são excitados. Em 1988, Wolfgang Knohl e Benno Rothenhäusler propuseram o uso de plasmons de superfície para microscopia. Eles demonstraram um modelo funcional de um microscópio no qual os plasmons de superfície foram excitados usando o esquema de Kretschmann para estudar uma grade especialmente feita com parâmetros conhecidos. Os resultados foram tão impressionantes que esse novo dispositivo logo começou a ser utilizado em física, química, biologia e tecnologia. Muitos pesquisadores recorreram a este dispositivo devido à sua simplicidade de design e alta resolução.
O projeto do microscópio de plasmons de superfície é baseado no esquema de excitação de plasmons de superfície usando o método Kretschmann. SI. Valyansky: "Uma fina película de metal é aplicada à face da hipotenusa de um prisma triangular retangular. É iluminada do lado do prisma com luz monocromática linearmente polarizada com uma divergência uma ordem de grandeza menor que a meia largura da curva de ressonância para um determinado filme. Além disso, o vetor de polarização está no plano de incidência da luz - a chamada luz polarizada P. A luz refletida no filme atinge uma fotomatriz, cujo sinal é processado por um computador. Lembramos que a resolução no plano do filme é de vários mícrons. Portanto, um telescópio é colocado entre o prisma e a fotomatriz no caminho da luz, expandindo o feixe para que a luz proveniente da área de mícron do filme seja capturada vários elementos da fotomatriz. Este é um dos esquemas simples de um microscópio plasmônico de superfície, mas está longe de ser o único. Há um grande número de suas modificações, convenientes para resolver problemas específicos. Como funciona um microscópio plasmônico de superfície? As condições para excitação ressonante de plasmons de superfície dependem não apenas das propriedades do filme metálico em cuja superfície eles são excitados, mas também das propriedades dielétricas do meio com o qual esse filme faz fronteira. Qualquer filme fino em uma superfície metálica pode ser representado como uma mudança local nas propriedades dielétricas do ambiente externo. E isso afeta imediatamente a condição de excitação ressonante dos plasmons de superfície neste local. Em outras palavras, a curva de ressonância se desloca neste local em relação à curva de um filme puro para a região de grandes ângulos. Isso significa que se sintonizarmos nosso microscópio em um ângulo correspondente à excitação ideal dos plasmons de superfície para um filme de metal puro, então nos locais onde o objeto medido estará localizado, a intensidade da luz refletida será maior, e maior a espessura deste fragmento." O microscópio não responde à espessura, mas a mudanças em um parâmetro que depende da constante dielétrica e da espessura do objeto que está sendo medido. O elemento principal de todo o dispositivo é uma fina película metálica. A resolução de todo o dispositivo depende da escolha correta de sua espessura e qualidade. A excitação dos plasmons de superfície não ocorre em nenhum ângulo específico de incidência, mas em um conjunto de ângulos. Se lembrarmos que um conjunto de ângulos corresponde a um conjunto de momentos de fótons, então tudo ficará claro. A razão para isso é o tempo de vida finito dos plasmons de superfície. A resolução do microscópio será melhor quanto maior for a distância que o PP pode se espalhar. Se a sua velocidade de propagação for fixa, então, num tempo de vida mais curto, ele se espalhará por uma distância menor. E é claro que devido à absorção e espalhamento na rugosidade do filme metálico, o comprimento do caminho só pode diminuir. No entanto, não apenas a superfície do filme é responsável pela vida útil dos plasmons de superfície, mas também pelas suas propriedades de volume. A constante dielétrica de um metal tem uma parte real e uma parte imaginária. Devido à presença deste último, a energia eletromagnética é absorvida e, conseqüentemente, a vida útil dos plasmons de superfície diminui. Portanto, para aumentar a resolução do microscópio, é necessário pegar um metal com valor mínimo de constante dielétrica imaginária. Este metal é prata. A desvantagem, porém, é que o filme prateado se degrada rapidamente, oxidando em cerca de uma semana. Mas esta dificuldade foi superada com o desenvolvimento de um método para proteger a superfície do filme prateado. Se o filme de metal for fino, então o limite próximo do prisma levará ao fato de que será mais favorável para os plasmons de superfície decaírem e se transformarem em radiação volumosa do que permanecerem como uma excitação de superfície, ou seja, sua vida útil será curta . Pela mesma razão, a fração de energia destinada à geração de plasmons de superfície será pequena. Obviamente, se a espessura do filme metálico for muito grande, quase toda a energia da onda eletromagnética excitante será absorvida no volume do filme, não atingindo sua superfície. E o filme funcionará como um espelho. Naturalmente, existe uma espessura ideal que deve ser determinada. Este efeito é amplamente utilizado como método para estudar várias camadas de transição e filmes finos. Esta é a sua principal área de aplicação. O microscópio foi originalmente projetado para observar a organização de filmes orientados monomolecularmente no momento de sua formação na superfície de um líquido e durante sua transferência para substratos sólidos. Outra área de aplicação é a biologia, observação direta de objetos biológicos. Neste caso, não é tanto a resolução de alta espessura do microscópio que é importante, mas a alta resolução de objetos cuja estrutura interna é determinada por elementos com pequenas alterações na constante dielétrica. Normalmente, os biólogos injetam um líquido de contraste para observar seus objetos, após o qual eles podem ser observados. Um microscópio de plasma permite observá-los sem esses truques. Utilizando um tal microscópio, é possível, por exemplo, distinguir a fronteira entre o citoplasma e a parede celular num ambiente aquoso. Um microscópio - sensor baseado em ressonância PP - pode ser usado para registrar a cinética de reações químicas e bioquímicas e controlar o tamanho dos complexos formados na superfície. Autor: Musskiy S.A.
▪ Scanners ▪ telefone ▪ Fralda
Uma nova maneira de controlar e manipular sinais ópticos
05.05.2024 Teclado Primium Seneca
05.05.2024 Inaugurado o observatório astronômico mais alto do mundo
04.05.2024
▪ A memória depende da hora do dia ▪ A transformação de um metal em dielétrico ▪ A iluminação noturna afeta o comportamento dos peixes ▪ Tecnologia avançada de ePaper colorido E Ink
▪ seção do site E então apareceu um inventor (TRIZ). Seleção de artigos ▪ artigo O que era necessário provar. expressão popular ▪ artigo Qual é o tamanho da densidade de um núcleo atômico? Resposta detalhada ▪ artigo de bétula. Lendas, cultivo, métodos de aplicação ▪ artigo Outro ancestral do cinema. experimento físico
Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site
www.diagrama.com.ua |
Recomendamos artigos interessantes seção 
Veja outros artigos seção 
Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:
Todos os idiomas desta página