La combinaison de deux methodes d'imagerie repousse les limites de la microscopie optique

La resolution spatiale des microscopes optiques est limitee a environ la
moitie de la longueur d’onde utilisee, mais cette limite a ete franchie
grace au developpement des microscopes a champ proche (SNOM, pour Scanning
Near-field Optical Microscope) qui exploitent l’information contenue par les
ondes evanescentes dans la toute proximite de l’objet observe. Cependant,
cela n’est possible qu’a la condition que la sonde optique reste tres proche
de la surface de l’objet, a une distance de l’ordre de quelques dizaines de
nanometres, ce qui limite l’utilisation du SNOM a des etudes de surface.
Cette limitation risque d’etre depassee avec les recents developpements
proposes par l’equipe de chercheurs « Nano photonique » du D^r Hillenbrand de
l’Institut Max-Planck de Biochimie de Martinsried pres de Munich en
collaboration avec des physiciens de UT Austin (Texas) , qui proposent
d’associer au SNOM une « super-lentille » qui permet d’obtenir des images
d’objets enterres en conservant la resolution sub-longueur d’onde offerte
par le SNOM. Des agrandissements tres puissants sont ainsi possibles.
Cette super-lentille est constituee d’une membrane de carbure de silicium,
un materiau a permittivite negative, dont chacune des faces est recouverte
d’une couche de 220 mm d’epaisseur d’oxyde de silicium, qui correspondent au
plan objet et image de la lentille. Le cote ’plan objet’ est constitue d’une
fine couche d’or deposee sur la silice dans laquelle on a realise des trous
de differentes tailles et differents espacements et qui constituent les
objets a imager. En scannant la surface de la lentille ligne par ligne a la
longueur d’onde de 10.85 micro-m, a laquelle l’effet de super-lentille se
manifeste, le SNOM permet d’imager les trous de la couche d’or d’un diametre
aussi petit que 540 nm, soit une taille 20 fois plus petite que la longueur
d’onde, alors que l’observation se fait a une distance de 880 nm de la
couche d’or, soit a une distance plus de 10 fois superieure a celle utilisee
avec un SNOM traditionnel. De cette maniere, le risque d’endommager la
pointe ou la surface pendant l’observation est tres fortement reduit, et il
est possible d’observer des objets enterres meme dans des substrats opaques,
puisque le systeme propose fonctionne en lumiere reflechie et non transmise.
Le choix du materiau pour la super-lentille n’est pas limite au carbure de
silicium et des frequences allant du domaine visible au terahertz pourront
etre utilisees dans un dispositif similaire fabrique avec d’autres
materiaux.
Cette experience ouvre ainsi la voie au developpement de nouveaux appareils
capables d’analyser des nanostructures ou des nano-objets biologiques
jusque-la impossible a observer directement avec un SNOM (details de
cellules vivantes ou de puces semi-conductrices...).
Les resultats du developpement du nouveau microscope sont publies dans la
revue « Science Science La science est désormais l’affaire de tous. Découvrez la science d’une manière ludique et active. Nous vous proposons d’en découvrir plus sur nos expéditions à la voile, découverte du plancton. ».