Des chercheurs de l’Université de Sydney ont développé une méthode révolutionnaire pour obtenir une imagerie à super-résolution sans super-objectif, offrant ainsi des avancées potentielles dans divers domaines, de l’imagerie médicale à l’authentification artistique.
Une nouvelle technique pourrait être utilisée dans le diagnostic médical et la fabrication avancée.
Depuis qu’Antonie van Leeuwenhoek a découvert le monde des bactéries au microscope à la fin du XVIIe siècle, les humains ont tenté d’approfondir leur connaissance du monde de l’infiniment petit.
Il existe cependant des limites physiques à la précision avec laquelle nous pouvons examiner un objet à l’aide des méthodes optiques traditionnelles. Ceci est connu sous le nom de « limite de diffraction » et est déterminé par le fait que la lumière se manifeste sous la forme d’une onde. Cela signifie qu’une image focalisée ne peut jamais être inférieure à la moitié de la longueur d’onde de la lumière utilisée pour observer un objet.
Les tentatives visant à dépasser cette limite avec les « super-lentilles » se sont toutes heurtées à des pertes visuelles extrêmes, rendant les lentilles opaques. Aujourd’hui, les physiciens du Université de Sydney ont montré une nouvelle voie pour obtenir une super lentille avec des pertes minimales, dépassant la limite de diffraction d’un facteur près de quatre fois. La clé de leur succès a été de supprimer complètement le super objectif.
La recherche est publiée aujourd’hui (18 octobre) dans la revue Communications naturelles.
Implications pour la science et au-delà
Ces travaux devraient permettre aux scientifiques d’améliorer encore la microscopie à super-résolution, affirment les chercheurs. Cela pourrait faire progresser l’imagerie dans des domaines aussi variés que le diagnostic du cancer, l’imagerie médicale ou encore l’archéologie et la médecine légale.
Auteur principal de la recherche, le Dr Alessandro Tuniz de l’École de physique et du Nano Institute de l’Université de Sydney, a déclaré : « Nous avons maintenant développé un moyen pratique de mettre en œuvre un super objectif, sans super objectif.
Les scientifiques ont utilisé une nouvelle technique de superlentille pour visualiser un objet de seulement 0,15 millimètre de large à l’aide d’une technique de post-observation virtuelle. L’objet « THZ » (représentant la fréquence « térahertz » de la lumière utilisée) est affiché avec la mesure optique initiale (en haut à droite) ; après une lentille normale (en bas à gauche) ; et après superlensing (en bas à droite). Crédit : Université de Sydney
« Pour ce faire, nous avons placé notre sonde lumineuse loin de l’objet et collecté des informations à haute et basse résolution. En mesurant plus loin, la sonde n’interfère pas avec les données haute résolution, caractéristique des méthodes précédentes.
Des tentatives précédentes ont tenté de fabriquer des super lentilles en utilisant de nouveaux matériaux. Cependant, la plupart des matériaux absorbent trop de lumière pour rendre le super objectif utile.
Le Dr Tuniz a déclaré : « Nous avons surmonté ce problème en effectuant l’opération du superlens comme étape de post-traitement sur un ordinateur, après la mesure elle-même. Cela produit une image « véridique » de l’objet grâce à l’amplification sélective d’ondes lumineuses évanescentes ou disparaissantes.
Applications pratiques et perspectives d’avenir
Le co-auteur, le professeur agrégé Boris Kuhlmey, également de l’École de physique et de Sydney Nano, a déclaré : « Notre méthode pourrait être appliquée pour déterminer la teneur en humidité des feuilles avec une plus grande résolution, ou être utile dans des techniques de microfabrication avancées, telles que la méthode non destructive. évaluation de l’intégrité de la micropuce.
« Et la méthode pourrait même être utilisée pour révéler des couches cachées dans des œuvres d’art, ce qui pourrait s’avérer utile pour découvrir des contrefaçons d’art ou des œuvres cachées. »
En règle générale, les tentatives de superlentille ont tenté de se concentrer de près sur les informations à haute résolution. En effet, ces données utiles diminuent de façon exponentielle avec la distance et sont rapidement submergées par les données à faible résolution, qui ne se dégradent pas si rapidement. Cependant, déplacer la sonde si près d’un objet déforme l’image.
Les chercheurs Dr Alessandro Tuniz (à droite) et le professeur agrégé Boris Kuhlmey dans leur laboratoire Sydney Nanoscience Hub du Nano Institute de l’Université de Sydney. Crédit : Stefanie Zingsheim/Université de Sydney
« En éloignant notre sonde, nous pouvons maintenir l’intégrité des informations à haute résolution et utiliser une technique de post-observation pour filtrer les données à basse résolution », a déclaré le professeur agrégé Kuhlmey.
La recherche a été réalisée en utilisant de la lumière à une fréquence térahertz et une longueur d’onde millimétrique, dans la région du spectre comprise entre le visible et les micro-ondes.
Le professeur agrégé Kuhlmey a déclaré : « Il s’agit d’une gamme de fréquences très difficile à utiliser, mais très intéressante, car dans cette gamme, nous pourrions obtenir des informations importantes sur des échantillons biologiques, telles que la structure des protéines, la dynamique de l’hydratation, ou pour une utilisation dans l’imagerie du cancer. .»
Le Dr Tuniz a déclaré : « Cette technique est une première étape pour permettre des images haute résolution tout en restant à une distance sûre de l’objet sans déformer ce que vous voyez.
« Notre technique pourrait être utilisée dans d’autres gammes de fréquences. Nous espérons que toute personne effectuant une microscopie optique à haute résolution trouvera cette technique intéressante.
Financement : Conseil australien de la recherche
