科學家們為下一代電子產品開發了新的材料，這些材料非常微小，不僅在緊密排列時無法區分，而且它們也不能反射足夠的光線，即使是最強大的光學顯微鏡也無法顯示精細的細節，如顏色。例如，在光學顯微鏡下，碳納米管看起來是灰色的。由於無法區分單個納米材料的精細細節和差異，科學家們很難研究它們的獨特屬性，也很難發現完善它們的工業用途。
在發表於《自然通訊》的一份新研究中，來自加州大學河濱分校的研究人員描述了一種革命性的成像技術，它將燈的光線壓縮到一個納米大小的光點。它像霍格沃茨的學生練習”Lumos”咒語一樣，將光線保持在銀納米線的末端，並利用它來揭示以前看不見的細節，包括顏色。
這一進展將色彩成像的分辨率提高到前所未有的6納米水平，將幫助科學家看到納米材料的足夠細節，使它們在電子和其他應用中更加有用。
加州大學河濱分校Marlan和Rosemary Bourns工程學院的副教授Ming Liu和Ruoxue Yan利用該團隊開發的超聚焦技術開發了這個獨特的工具。該技術已經在以前的工作中被用來觀察分子鍵的振動，其空間分辨率為1納米，而不需要任何聚焦鏡頭。
在新的報告中，研究人員修改了該工具，以測量跨越整個可見光波長範圍的信號，這可以用來渲染顏色和描繪物體的電子帶結構，而不僅僅是分子振動。該工具將鎢燈的光線擠壓到銀納米線上，散射或反射近乎為零，光線由銀表面的自由電子的振蕩波攜帶。
凝聚的光線以錐形路徑離開半徑僅為5納米的銀納米線尖端，就像手電筒的光束。當尖端經過一個物體時，它對光束形狀和顏色的影響被檢測和記錄。
“這就像用你的拇指來控制水管的噴水，”研究人員說，“你知道如何通過改變拇指的位置來獲得所需的噴水模式，同樣，在實驗中，我們讀取光的模式來檢索擋住5納米大小的光噴嘴的物體的細節。”
然後，光線被聚焦到一個光譜儀中，在那裡形成一個微小的環形。通過在一個區域內掃描探針並為每個像素記錄兩個光譜，研究人員可以用顏色制定吸收和散射圖像。原本呈灰色的碳納米管收到了它們的第一張彩色照片，而單個碳納米管現在有機會展示其獨特的顏色。
“原子般光滑的尖頭銀納米線及其幾乎無散射的光學耦合和聚焦對於成像至關重要，”研究人員說。“否則背景中會有強烈的雜散光，破壞了整個工作。”
研究人員預計，這項新技術可以成為一個重要的工具，幫助半導體行業製造具有一致性質的統一納米材料，用於電子設備。新的全彩納米成像技術也可用於提高對催化、量子光學和納米電子學的理解。