該團隊的新方法可以收集微小而精致的結構的準確圖像，這些結構的大小約為10至100納米，或比百萬分之一英寸小很多倍。未來，研究人員希望放大以查看更小的結構。甜甜圈或光學角動量光束也不會在此過程中損壞微小的電子設備，因為一些現(xiàn)有的成像工具，如電子顯微鏡，有時會損壞。

Murnane說：“將來，這種方法可用于檢查用于制造和打印半導體的聚合物是否存在缺陷，而不會在此過程中損壞這些結構”。

突破顯微鏡的極限

Murnane說，這項研究突破了顯微鏡的基本極限：由于光的物理特性，使用鏡頭的成像工具只能看到大約200納米的分辨率，這不足以捕獲許多感染人類的病毒�？茖W家可以冷凍和殺死病毒，用強大的冷凍電子顯微鏡觀察它們，但還不能實時捕捉這些病原體。

在 2000 年代中期開創(chuàng)的疊層攝影可以幫助研究人員突破這一限制。

要了解如何操作，請回到那些皮影戲。想象一下，科學家們想要收集一個非常小的結構的疊層圖像，也許是拼寫“CU”的字母。為此，他們首先將激光束照射到這些字母上，并對其進行多次掃描。當光線照射到“C”和“U”（在本例中為木偶）時，光束會破裂并散射，產生復雜的圖案（陰影）�？茖W家使用靈敏的探測器記錄這些模式，然后用一系列數(shù)學方程式進行分析。Murnane解釋說，只要有足夠的時間，他們就會完全從他們投射的陰影中重建木偶的形狀。

Murnane說：“我們不是使用鏡頭來檢索圖像，而是使用算法”。

她和她的同事們以前曾使用這種方法來觀察字母或星星等亞微觀形狀。

但這種方法不適用于像硅或碳網格這樣的重復結構。例如，如果你以這種規(guī)則性將常規(guī)激光束照射到半導體上，它通常會產生非常均勻的散射圖案——ptychographic 算法很難理解其中沒有太大變化的圖案。

近十年來，這個問題一直讓物理學家摸不著頭腦。

甜甜圈顯微鏡

然而，在這項新研究中，Murnane和她的同事決定嘗試一些不同的東西。他們沒有使用普通激光制作皮影戲。取而代之的是，他們產生了極紫外光束，然后使用一種稱為螺旋相位板的裝置將這些光束扭曲成開瓶器或渦流的形狀。（當這樣的光漩渦照射在平面上時，它會形成一個像甜甜圈一樣的形狀。

甜甜圈梁沒有粉紅色的釉料或灑水，但它們做到了。研究小組發(fā)現(xiàn)，當這些類型的光束從重復的結構上反彈時，它們會產生比常規(guī)激光更復雜的皮影木偶。

為了測試這種新方法，研究人員創(chuàng)建了一個碳原子網，其中一個鏈接中有一個微小的卡扣。該小組能夠以其他ptychograph工具所沒有的精度發(fā)現(xiàn)該缺陷。

Murnane說：“如果你試圖在掃描電子顯微鏡中對同樣的東西進行成像，你會進一步損壞它”。

展望未來，她的團隊希望使他們的甜甜圈策略更加準確，使他們能夠觀察更小、更脆弱的物體——包括有朝一日活的生物細胞的運作。

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