پژوهشگران در بخش انرژی آزمایشگاه ملی لاورنس دانشگاه برکلی ابزار تصویربرداری جدیدی ابداع نموده‌اند که قادر است جزئیات فرآیندهای تبدیل شیمیایی را با قدرت تفکیک بسیار بالایی ارائه دهد.
ابزار جدیدی برای تصویربرداری در مقیاس نانو
پژوهشگران در بخش انرژی آزمایشگاه ملی لاورنس دانشگاه برکلی ابزار تصویربرداری جدیدی ابداع نموده‌اند که قادر است جزئیات فرآیندهای تبدیل شیمیایی را با قدرت تفکیک بسیار بالایی ارائه دهد. این ابزار به منظور مطالعه بنیادین تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسته ابداع گردیده است اما در عین حال قادر خواهد بود تا حجم وسیعی از اطلاعات در زمینه علوم نانو را در اختیار دانشمندان قرار دهد.
دست‌یابی به اطلاعات شیمیایی عموما از طریق طیف‌سنجی نوری یا نوسانی امکان‌پذیر است. چگونگی برهم‌کنش یک ماده با نور عمدتا به ترکیب شیمیایی ماده مربوط می‌شود، اما مشکل در علم نانو محدودیت پراش در طیف‌سنجی نوری در مقیاس مناسب است. بدین معنا که متمرکز کردن نور روی نقطه‌ای با اندازه‌ای کوچکتر از تقریبا نصف طول‌موج نور امکان پذیر نیست.
جهت رفع این مشکل دانشمندان از نور نزدیک میدان (near-field light) استفاده می‌کنند که برخلاف نوری که قابل دیدن است، با شدتی نمایی دور از شیئ موردنظر ضعیف می‌شود و این اندازه‌گیری را مشکل می‌کند، اما قدرت تفکیک بسیار بالایی در مقایسه با نور دور از میدان (far-field light) دارد.
ابزاری جدید برای متحول کردن تصویربرداری در مقیاس نانو. سمت چپ، تصویر نوک میکروسکوپ. سمت راست، میکروگراف الکترونی در نوک، محل اتصال با نمونه که به دلیل شباهت با برج ناقوس کامپانایل در دانشگاه برکلی به همین نام، نامیده شده است.
این محدودیت‌ها با کاوشگرهای نزدیک میدانی که به‌وسیله‌ی پژوهشگران آزمایشگاه برکلی ابداع شده، رفع گردیده است. این کاوشگر به شکل نوک مخروطی چهار طرفه است که انتهای یک فیبر نوری متصل می‌شود. این نوک مخروطی به دلیل شباهت با برج کلیسای کامپانایل در دانشگاه برکلی به همین اسم، نامگذاری شده است. دو طرف این کاوشگر با طلا پوشش داده شده است که این دو لایه به فاصله چند نانومتر از نوک جدا شده‌اند. این مخروط سه بعدی قادر است که نور را در تمامی طول‌موج‌ها به سوی یک میدان تقویت شده در نوک کانالیزه کند.
در میکروسکوپ‌های AFM معمول یک نوک فلزی در طول نمونه کشیده شده تا طرح توپولوژیکی با تفکیک نانومتری از نمونه حاصل شود. نتیجه اینگونه تصویربرداری رضایت‌بخش است اما فقط شامل اطلاعات فضایی است و نه ترکیب شیمیایی نمونه.
جایگزینی نوک‌های معمول در AFM با نوک‌های ابداعی جدید به مثابه جایگزینی تصاویر سیاه و سفید با تصاویر رنگی خواهد بود. علاوه بر نقشه فضایی سطح اطلاعات طیف‌نوری نمونه نیز قابل ثبت شده و شناسایی اتم‌ها و مولکول‌ها برای دانشمندان امکان‌پذیر خواهد بود.
این گروه تحقیقاتی یافته خود را در مطالعه نانوسیم‌های ایندیوم فسفید بکار گرفت. این نانوسیم‌ها با باندگپی در حدود یک و چهار دهم الکترون‌ولت برای تبدیل انرژی خورشید به الکترسیته بسیار مناسب هستند. یافته‌های آنها نشان می‌دهند که این نانوسیم‌ها بر خلاف تصور قبلی ساختاری یکنواخت نداشته اما در عوض با نشان دادن خواص متغیر اپتوالکترونیکی در طول خود می‌تواند نور را به الکتریسته تبدیل کنند. این پژوهشگران همچنین دریافتنند که در برخی قسمت‌های این نانوسیم‌ها پدیده فتولومینسانس به عنوان ارتباط‌دهنده نور و الکترسیته تا هفت برابر قوی‌تر است. این اندازه‌گیری‌ها برای اولین بار در چنین مقیاس کوچکی صورت گرفته است.
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.
