Mikroskop pada plasmon permukaan. Sejarah ciptaan dan pengeluaran

Perpustakaan teknikal percuma

SEJARAH TEKNOLOGI, TEKNOLOGI, OBJEK DI SEKITAR KITA
Perpustakaan percuma / Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Mikroskop pada plasmon permukaan. Sejarah ciptaan dan pengeluaran

Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Buku Panduan / Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita

Komen artikel

Biasanya, objek dengan ketebalan angstrom tidak boleh diperhatikan menggunakan cahaya yang boleh dilihat. Walau bagaimanapun, terdapat mikroskop yang membolehkan anda melakukan ini. Had kuasa penyelesaian mikroskop ditetapkan oleh fenomena pembelauan cahaya. Difraksi ialah lenturan gelombang di sekeliling halangan. Dalam erti kata yang lebih luas, sebarang penyelewengan dalam perambatan gelombang daripada undang-undang optik geometri. Dalam kes mikroskop, pembelauan menentukan jarak minimum antara dua titik bercahaya di mana kita akan melihatnya dalam mikroskop sebagai dua, dan bukan satu.

Selepas beberapa pengiraan, ternyata jarak minimum di mana dua titik bercahaya boleh ditempatkan adalah pada susunan separuh panjang gelombang cahaya di mana ia memancarkan. Oleh itu, untuk sinaran pada panjang gelombang 630 nm, seseorang boleh bergantung pada penyelesaian objek tidak lebih besar daripada 315 nm.

Tetapi fenomena pembelauan boleh dilihat dari sudut yang berbeza. Telah diketahui bahawa cahaya adalah aliran foton, zarah kuantum. Mekanik kuantumlah yang akan membantu kita memahami cara mendapatkan resolusi yang jauh melebihi had pembelauan.

Hakikatnya ialah hubungan ketidakpastian menghubungkan dua vektor, momentum zarah dan vektor jejarinya. Seperti yang ditulis oleh S.I Valyansky dalam Jurnal Pendidikan Soros: "Sekarang jika kita bertanya ketidakpastian dalam definisi momentum, maka kita telah memberikan ketidakpastian itu dalam definisi koordinat objek kuantum, yang tidak dapat kita kurangkan lagi. Ini memberikan kita volum tertentu dalam ruang koordinat. Biarkan ia menjadi beberapa kiub dengan isipadu yang diketahui. Tetapi tiada siapa yang melarang kita mengubah bentuknya, tanpa mengubah isipadunya dan tanpa itu melanggar hubungan ketidakpastian am. Dan kita mengubah bentuk kiub ini menjadi beberapa lempeng nipis, yang mempunyai kawasan yang besar, tetapi ketebalan yang kecil.

Jika kuantum bergerak dalam arah selari dengan satah pancake ini, maka disebabkan ketidakpastian besar penyetempatannya dalam satah pancake, adalah mungkin untuk mendapatkan kepastian yang agak besar dalam unjuran momentum ke satah ini. Pada masa yang sama, kami memperoleh penyetempatan kuantum yang agak tinggi dalam arah yang berserenjang dengan satah ini, tetapi ketidakpastian yang besar dalam unjuran momentum ke arah ini.

Oleh itu, ketepatan menentukan arah gerakan kuantum dalam satah selari dengan satah pancake adalah berkaitan secara langsung dengan ketebalan pancake ini. Dalam erti kata lain, lebih nipis penkek kita melancarkan volum kita, lebih tepat kita boleh mengukur arah gerakan kuantum dalam satah lempeng. Jadi, ternyata kita boleh menentukan dengan tepat salah satu unjuran vektor jejari dan salah satu unjuran momentum. Hanya unjuran ini yang saling berserenjang."

Tetapi bagaimana teori boleh dipraktikkan? Sesungguhnya, untuk bekerja dengan fluks besar kuanta yang disetempatkan dalam lapisan nipis, adalah perlu bahawa ia merambat dengan baik dalam lapisan nipis ini, kerana kita ingin menjadikan kawasan penyetempatan mereka dalam arah berserenjang dengan pergerakan mereka bersaiz nanometer. .

Mikroskop pada plasmon permukaan
Skim pengujaan optik plasmon permukaan. 1 - medium telus dengan indeks biasan yang tinggi; 2 - filem logam nipis

Di sinilah plasmon datang untuk menyelamatkan. Plasmon ialah quasipartikel (quanta) yang terhasil daripada ayunan elektron konduksi berbanding ion. Bagi pepejal, seperti logam, ini adalah getaran elektron pengaliran berbanding teras ionik kristal.

Mereka dipanggil kuasipartikel untuk membezakannya daripada zarah kuantum sebenar - elektron, proton, neutron, dll. Perbezaannya terletak pada fakta bahawa jika anda memanaskan logam supaya ia bertukar menjadi gas atom yang asalnya membentuknya, maka tidak akan ada plasmon di sana. Mereka wujud hanya apabila terdapat logam secara keseluruhan.

Mikroskop pada plasmon permukaan
Skim menukar pancaran laser kepada fluks plasmon permukaan dan menumpukan pada tepi muka kerja prisma mini

Pada masa hadapan, kami akan berminat dengan kuanta medan elektromagnet yang dikaitkan dengan ayunan cas permukaan tanpa adanya medan yang menarik. Dengan analogi dengan plasmon konvensional, quasipartikel diperkenalkan - plasmon permukaan (SP). Wilayah penyetempatan mereka terletak berhampiran antara muka tempat cas permukaan disetempatkan.

Pada tahun 1902, pakar optik Amerika Robert Wood menemui perubahan dalam keamatan pancaran cahaya yang mendifraksi pada jeriji. Ini adalah pemerhatian percubaan pertama plasmon permukaan dalam julat optik. Tetapi ini hanya difahami pada tahun 1941, apabila ahli fizik teori Itali Ugo Fano berjaya menjelaskan anomali Wood. Hanya pada akhir 1960-an Andreas Otto menggunakan idea-idea yang dibangunkan dalam karya ahli fizik Jerman kepada gelombang elektromagnet dalam julat optik. Beliau merumuskan keadaan di mana ia mungkin untuk merangsang gelombang PP pada permukaan licin dan menunjukkan kaedah untuk pengujaan mereka dalam julat panjang gelombang optik. Oleh itu, jalan dibuka kepada kajian eksperimen plasmon permukaan dalam julat optik.

Pada tahun 1971, tiga tahun selepas kerja Otto, Erwin Kretschmann mencadangkan satu lagi skim untuk pengujaan plasmon permukaan dalam julat optik. Dalam geometri Kretschmann, filem pengalir nipis pada permukaan yang mana plasmon permukaan teruja dimendapkan terus ke prisma yang dengannya ia teruja.

Pada tahun 1988, Wolfgang Knohl dan Benno Rothenhäusler mencadangkan penggunaan plasmon permukaan untuk mikroskopi. Mereka menunjukkan model kerja mikroskop di mana plasmon permukaan teruja menggunakan skema Kretschmann untuk mengkaji grid yang dibuat khas dengan parameter yang diketahui. Hasilnya sangat mengagumkan sehingga peranti baharu ini tidak lama lagi mula digunakan dalam fizik, kimia, biologi dan teknologi. Ramai penyelidik telah beralih kepada peranti ini kerana kesederhanaan reka bentuk dan resolusi tinggi.

Mikroskop pada plasmon permukaan

Reka bentuk mikroskop plasmon permukaan adalah berdasarkan skema untuk pengujaan plasmon permukaan menggunakan kaedah Kretschmann.

S.I. Valyansky: "Satu filem logam nipis digunakan pada muka hipotenus bagi prisma segi tiga segi empat tepat. Ia diterangi dari sisi prisma dengan cahaya terpolarisasi linear monokromatik dengan perbezaan tertib magnitud kurang daripada separuh lebar lengkung resonans untuk filem tertentu. Lebih-lebih lagi, vektor polarisasi terletak pada satah kejadian cahaya - yang dipanggil cahaya terkutub P. Cahaya yang dipantulkan daripada filem itu mengenai fotomatriks, isyarat yang diproses oleh komputer. Kita ingat bahawa resolusi dalam satah filem adalah beberapa mikron. Oleh itu, teleskop diletakkan di antara prisma dan fotomatriks di laluan cahaya, mengembangkan pancaran supaya cahaya datang dari kawasan mikron filem, ditangkap beberapa elemen fotomatriks.

Ini adalah salah satu skema mudah mikroskop plasmon permukaan, tetapi jauh dari satu-satunya. Terdapat sejumlah besar pengubahsuaian mereka, mudah untuk menyelesaikan masalah tertentu.

Bagaimanakah mikroskop plasmon permukaan berfungsi? Keadaan untuk pengujaan resonans plasmon permukaan bergantung bukan sahaja pada sifat filem logam pada permukaan yang ia teruja, tetapi juga pada sifat dielektrik medium yang bersempadan dengan filem ini. Mana-mana filem nipis pada permukaan logam boleh diwakili sebagai perubahan setempat dalam sifat dielektrik persekitaran luaran. Dan ini serta-merta menjejaskan keadaan pengujaan resonans plasmon permukaan di tempat ini. Dalam erti kata lain, lengkung resonans beralih di tempat ini berbanding dengan lengkung untuk filem tulen ke kawasan sudut besar.

Ini bermakna jika kita menala mikroskop kita ke sudut yang sepadan dengan pengujaan optimum plasmon permukaan untuk filem logam tulen, maka di tempat-tempat di mana objek yang diukur akan berada, keamatan cahaya yang dipantulkan akan lebih besar, dan semakin besar. ketebalan serpihan ini."

Mikroskop tidak bertindak balas kepada ketebalan, tetapi kepada perubahan dalam parameter yang bergantung pada pemalar dielektrik dan ketebalan objek yang diukur. Elemen utama keseluruhan peranti ialah filem logam nipis. Resolusi keseluruhan peranti bergantung pada pilihan ketebalan dan kualitinya yang betul.

Pengujaan plasmon permukaan tidak berlaku pada mana-mana sudut kejadian tertentu, tetapi pada satu set sudut. Jika kita ingat bahawa satu set sudut sepadan dengan satu set momen foton, maka semuanya akan menjadi jelas. Sebab untuk ini adalah jangka hayat terhingga plasmon permukaan.

Resolusi mikroskop akan lebih baik semakin jauh jarak PP boleh merebak. Jika kelajuan penyebarannya tetap, maka dalam jangka hayat yang lebih pendek ia akan merebak pada jarak yang lebih pendek. Dan adalah jelas bahawa disebabkan oleh penyerapan dan penyebaran pada kekasaran filem logam, panjang laluan hanya boleh berkurangan.

Walau bagaimanapun, bukan sahaja permukaan filem bertanggungjawab untuk jangka hayat plasmon permukaan, tetapi juga sifat pukalnya. Pemalar dielektrik logam mempunyai kedua-dua bahagian nyata dan khayalan. Oleh kerana kehadiran yang terakhir, tenaga elektromagnet diserap dan, dengan itu, jangka hayat plasmon permukaan berkurangan. Oleh itu, untuk meningkatkan resolusi mikroskop, perlu mengambil logam dengan nilai minimum pemalar dielektrik khayalan. Logam ini adalah perak.

Kelemahannya, bagaimanapun, ialah filem perak merosot dengan cepat, teroksida dalam kira-kira seminggu. Tetapi kesukaran ini diatasi dengan membangunkan kaedah untuk melindungi permukaan filem perak.

Jika filem logam itu nipis, maka sempadan rapat prisma akan membawa kepada fakta bahawa ia akan menjadi lebih baik untuk plasmon permukaan untuk mereput dan berubah menjadi sinaran pukal daripada kekal sebagai pengujaan permukaan, iaitu, hayatnya akan pendek. . Atas sebab yang sama, pecahan tenaga yang pergi ke penjanaan plasmon permukaan akan menjadi kecil.

Jelas sekali, jika ketebalan filem logam terlalu besar, maka hampir semua tenaga gelombang elektromagnet yang menarik akan diserap dalam jumlah filem, tanpa mencapai permukaannya. Dan filem itu akan berfungsi seperti cermin. Sememangnya, terdapat ketebalan optimum, yang mesti ditentukan.

Kesan ini digunakan secara meluas sebagai kaedah untuk mengkaji pelbagai lapisan peralihan dan filem nipis. Ini adalah kawasan utama permohonannya. Mikroskop pada asalnya direka untuk memerhatikan organisasi filem berorientasikan monomolekul pada saat pembentukannya pada permukaan cecair dan semasa pemindahannya ke substrat pepejal.

Satu lagi bidang aplikasi ialah biologi, pemerhatian langsung objek biologi. Dalam kes ini, bukan resolusi ketebalan tinggi mikroskop yang penting, tetapi resolusi tinggi objek yang struktur dalamannya ditentukan oleh unsur-unsur dengan perubahan kecil dalam pemalar dielektrik.

Biasanya, ahli biologi menyuntik cecair kontras untuk memerhati objek mereka, selepas itu mereka boleh diperhatikan. Mikroskop plasma membolehkan anda memerhatikannya tanpa helah ini. Menggunakan mikroskop sedemikian, adalah mungkin, sebagai contoh, untuk membezakan sempadan antara sitoplasma dan dinding sel dalam persekitaran berair.

Mikroskop - sensor berdasarkan resonans PP - boleh digunakan untuk merekodkan kinetik tindak balas kimia dan biokimia dan mengawal saiz kompleks yang terbentuk di permukaan.

Pengarang: Musskiy S.A.

Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita:

▪ Talian komunikasi gentian optik

▪ Radar

▪ Salin kertas

Lihat artikel lain bahagian Sejarah teknologi, teknologi, objek di sekeliling kita.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Pencetak laser warna paling murah di dunia 23.12.2003

Harga pencetak laser warna Magicolor 2300W Konica Minolta, yang dijual pada harga $699, telah diturunkan secara rasmi kepada $499, menjadikannya pencetak termurah dalam kelasnya.

Magicolor 2300W mempunyai kelajuan cetakan 16ppt dalam monokrom dan 4ppt dalam warna, penyuap pelbagai guna 200 helai, antara muka USB dan selari, dan kualiti cetakan 1200x600 dpi. Memori terbina dalam: 32 MB RAM. Ini adalah pencetak laser warna pertama dalam sejarah untuk memecahkan halangan $500.

Berita menarik lain:

▪ Mendapat elektrik daripada gula dalam darah

▪ Western Digital iNAND 7350 256GB Pemacu Telefon Pintar

▪ Masalah seks di Marikh

▪ penjana kuasa sendi lutut

▪ Tablet Samsung 12"

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Nota kuliah, helaian curang. Pemilihan artikel

▪ artikel Jika ini tidak benar, maka ia difikirkan dengan baik. Ungkapan popular

▪ artikel Siapa dan bilakah melakukan hubungan seks di tanah bulan? Jawapan terperinci

▪ artikel Badan asing dalam saluran pernafasan. Penjagaan kesihatan

▪ artikel Berat untuk kraf. Resipi dan petua mudah

▪ artikel pengawal kuasa fasa 12 saluran. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web