Haces de luz en forma de rosquilla ayudan a ver lo más pequeño

Patrón de dispersión producido por haces de luz en forma de rosquilla que rebotan en un objeto con una estructura que se repite regularmente. - WANG, ET AL., 2023, "OPTICA"

   MADRID, 5 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Haces de luz en forma de rosquilla han permitido a un equipo de la Universidad de Colorado Boulder tomar imágenes detalladas de objetos demasiado pequeños para verlos con microscopios tradicionales.

   La nueva técnica, presentada en la revista Optica, podría ayudar a los científicos a mejorar el funcionamiento interno de una variedad de "nanoelectrónica", incluidos los semiconductores en miniatura en los chips de computadora.

   La investigación es el último avance en el campo de la pticografía, una técnica poderosa para ver cosas muy pequeñas. A diferencia de los microscopios tradicionales, las herramientas de pticografía no ven directamente objetos pequeños. En lugar de ello, dirigen láseres hacia un objetivo y luego miden cómo se dispersa la luz, un poco como el equivalente microscópico de hacer marionetas de sombras en una pared.

   Hasta ahora, el enfoque ha funcionado notablemente bien, con una excepción importante, dijo la autora principal del estudio y profesora distinguida de física Margaret Murnane.

   "Hasta hace poco, ha fallado por completo en muestras u objetos altamente periódicos con un patrón que se repite regularmente", dijo en un comunicado Murnane, miembro de JILA, un instituto de investigación conjunto de CU Boulder y el NIST (National Institute of Standards and Technology). "Es un problema porque eso incluye mucha nanoelectrónica".

   Señaló que muchas tecnologías importantes, como algunos semiconductores, están formadas por átomos como el silicio o el carbono unidos en patrones regulares como una rejilla o malla. Hasta la fecha, esas estructuras han resultado difíciles de ver de cerca para los científicos mediante pticografía.

   Sin embargo, en el nuevo estudio, Murnane y sus colegas idearon una solución. En lugar de utilizar láseres tradicionales en sus microscopios, produjeron haces de luz ultravioleta extrema en forma de rosquillas.

   El novedoso enfoque del equipo puede recopilar imágenes precisas de estructuras diminutas y delicadas que tienen un tamaño aproximado de 10 a 100 nanómetros (milmillonésimas de un metro). En el futuro, los investigadores esperan hacer zoom para ver estructuras aún más pequeñas. Los rayos de rosquilla, o momento angular óptico, tampoco dañarán los pequeños componentes electrónicos en el proceso, como a veces pueden hacerlo algunas herramientas de imágenes existentes, como los microscopios electrónicos.

   "En el futuro, este método podría usarse para inspeccionar los polímeros utilizados para fabricar e imprimir semiconductores en busca de defectos sin dañar esas estructuras en el proceso", dijo Murnane.

   La investigación, dijo Murnane, supera los límites fundamentales de los microscopios: debido a la física de la luz, las herramientas de imágenes que utilizan lentes sólo pueden ver el mundo con una resolución de unos 200 nanómetros, que no es lo suficientemente precisa para capturar muchos de los virus, por ejemplo, que infectan a los humanos. Los científicos pueden congelar y matar virus para verlos con potentes microscopios crioelectrónicos, pero aún no pueden capturar estos patógenos en acción y en tiempo real.

   La pticografía, que fue pionera a mediados de la década de 2000, podría ayudar a los investigadores a superar ese límite.