Quang tử học nano

NSOM là một kỹ thuật trong đó sử dụng sợi quang để phân phối ánh sáng đến một bề mặt, hoặc thu thập ánh sáng phát ra từ đó, với tốc độ phân giải không gian cực cao, vượt rất nhiều giới hạn khúc xạ. NSOM bao hàm nhiều đặc tính chủ chốt của Quang tử học (nanophotonics), bao gồm việc sản xuất, phân phối và phát hiện ánh sáng có độ phân giải cao, cũng như việc cải biến vật liệu, được thực hiện ở cấp nano. Rõ ràng, NSOM là một thiết bị chủ chốt để hỗ trợ cho các lĩnh vực như cảm biến y học và bộ nhớ quang học. Cho đến nay, phần lớn các thực nghiệm với NSOM đều được thực hiện với độ phân giải 50 nano.

Việc tìm cách để có độ phân giải cao hơn đã bị cản trở bởi cường độ ánh sáng thấp của phần lớn các đầu dò. Thông thường, một đầu dò của NSOM bao gồm một sợi được vót thuôn, bề ngoài có mạ lớp kim loại (thường là nhôm), ở đầu mũi có một lỗ nhỏ. Khi giảm kích thước của lỗ, ánh sáng có xu hướng thất thoát ra xung quanh, chứ không đi qua lỗ. Đối với ánh sáng nhìn thấy, bề dày lớp mạ là 7 nano, giới hạn kích thước cực tiểu của lỗ, cũng như khả năng phân giải chỉ ở mức 20 nano. Để có được độ phân giải cao hơn, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng một kỹ thuật mới, gọi là "NSOM không có lỗ", trong đó thay thế lỗ bằng một mũi kim loại cực nhọn. Mẫu thử được chiếu xạ bằng một chùm laser rất tập trung ở lân cận đầu mũi, tạo ra những sóng yếu ở xung quanh các cấu trúc nhỏ cần phải soi chụp. Đầu mũ nhọn làm xáo trộn các trường yếu nói trên và có tác dụng giống như một tâm tán xạ để tạo ra ánh sáng mà được phát hiện ở trường phân bố xa. Đầu dò thường dao động ở tần số cộng hưởng của nó, cho phép phát hiện dòng điện xoay chiều để loại bỏ nền tán xạ lớn của dòng điện một chiều. Với kỹ thuật này, thường nhận được độ phân giải là 10-20 nano. Tuy nhiên, nếu tạo được các điều kiện thật chính xác, thì có thể đạt được độ phân giải là 1-2 nano.

NSOM được ứng dụng để tạo ra các đường rãnh 50 nano ở trên quang trở, phục vụ cho phép in ảnh lito quang học và cũng được dùng làm công cụ để tạo ra mật độ cao cho bộ nhớ. Những thấu kính đặt trong chất rắn có thể tạo ra các kích thước đốm sáng là 150 nano và một kính hiển vi dựa vào các đầu dò không có lỗ, gọi là Kính hiển vi quét giao thoa, tạo ra được mật độ 256 Gigabit/ inch. Sử dụng công nghệ đầu dò NSOM không lỗ, có thể tạo ra mật độ cấp Tetrabit/ cm2 ở trên bộ nhớ dữ liệu thông thường. Cũng có thể sử dụng các đầu dò NSOM để chuyển mạch phân tử cho những bộ nhớ mật độ cao, cũng như hướng tới mục tiêu để chế tạo ra được bộ "chuyển mạch phân tử".

Công cuộc nghiên cứu chỉ mới bắt đầu mở ra trong việc sử dụng các đầu dò NSOM để làm các bộ kẹp quang học, phục vụ cho việc đánh bẫy, dịch chuyển và giải phóng các hạt có kích thước nano. Lĩnh vực "bộ kẹp quang học" hiện đang được sự quan tâm đáng kể của các nhà khoa học để điều khiển bằng ánh sáng việc chế tạo và ứng dụng các thiết bị nano, chẳng hạn như đối với các vi động cơ (Micromotor).

Có lẽ mọi người sẽ dần rời bỏ các đầu dò NSOM trước đây để áp dụng các loại đầu dò không có lỗ để tạo được độ phân giải cao hơn (cỡ vài nano), với những kỹ thuật đang được phát triển (chẳng hạn như sự phát hiện sóng cấp hai của tín hiệu ánh sáng biến điệu, tán xạ bởi đầu mũi dao động). Độ phân giải cao như vậy sẽ giúp soi được hình ảnh bề mặt của những phân tử lớn (chẳng hạn như ADN). Những loại đầu dò mới cũng đang nổi lên, chẳng hạn như đầu dò có gắn phân tử lên đầu mũi để tạo thành nguồn ánh sáng điểm.