Российские и австралийские учёные сумели посчитать микроскопические частицы без микроскопа

Ученые из Университета ИТМО, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе и Австралийского национального университета предложили простой способ подсчёта микроскопических частиц в оптических материалах с помощью лазера. Пучок света, проходя через такое вещество, распадается и образует на проекционном экране узор из множества ярких пятен – число которых, как обнаружили специалисты, соответствует количеству рассеивающих микроскопических частиц в материале.

Новая методика позволяет наглядно оценить строение и форму оптических материалов без использования дорогостоящей электронной или атомно-силовой микроскопии – а значит, можно будет проектировать оптические устройства значительно быстрее. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

«Свет чувствует неоднородность. В зависимости от взаимного расположения и формы рассеивателей волна распространяется за образцом определенным образом. Другими словами, структура и размер образца влияют на дифракционную картину, которую создаст свет, достигнув проекционного экрана. Мы обнаружили, что, глядя на эту картину, можно определить число рассеивателей в материале. Это позволяет узнать не только тип решетки образца (квадратная, треугольная и так далее), но и установить его строение (20 на 20 частиц или 30 на 15), просто посчитав пятнышки света на экране», – рассказывает Михаил Рыбин. Он – первый автор статьи, старший научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО и лаборатории спектроскопии твердого тела ФТИ имени А. Ф. Иоффе.

Для создания оптических микросхем требуются устройства, которые способны усиливать оптический сигнал, фокусировать его на детекторах, поворачивать или менять характер его движения. Обычные линзы уже не могут справиться с этой задачей в наномасштабах, поэтому ученые разрабатывают тончайшие линзы из искусственных оптических материалов – фотонных кристаллов и метаматериалов, позволяющих управлять световой волной самым необычным образом. Однако получение оптических материалов с нужными свойствами – трудоёмкий процесс, требующий постоянного совершенствования. Новый метод – гораздо более доступная альтернатива дорогостоящей электронной и атомно-силовой микроскопии; при этом он не выводит образцы из строя и не меняет их свойств.