يدفع الفيزيائيون المجاهر إلى ما هو أبعد من الحدود

منذ أن اكتشف أنتوني فان ليفينهوك عالم البكتيريا من خلال مجهره في أواخر القرن السابع عشر، سعى البشر إلى التعمق في هذا العالم الصغير المتناهي الصغر.

ومع ذلك، هناك حدود مادية لمدى قرب فحص الجسم باستخدام الطرق البصرية التقليدية. يُعرف هذا باسم حد الحيود ويتم تحديده من خلال كيفية انكسار الضوء كموجة. لا يمكن أبدًا أن تكون الصورة المركزة أصغر من نصف الطول الموجي للضوء المستخدم لمراقبة جسم ما.

وقد نجحت محاولات التغلب على هذا القيد باستخدام “العدسات الفائقة” في التغلب على عقبات فقدان البصر الشديد، مما يجعل العدسات معتمة. الآن، أظهر الفيزيائيون في جامعة سيدني طريقًا جديدًا لتحقيق التعديس الفائق بفقدان منخفض، وكسر حد الحيود بمعامل يصل إلى أربع مرات تقريبًا. كان مفتاح نجاحهم هو الإزالة الكاملة للعدسة الفائقة.

نشرت في البحوث التواصل الطبيعي.

ويقول الباحثون إن هذا العمل يجب أن يسمح للعلماء بمواصلة تطوير الفحص المجهري فائق الدقة. يمكنه تحسين التصوير في مجالات مختلفة مثل تشخيص السرطان أو التصوير الطبي أو علم الآثار والطب الشرعي.

المؤلف الرئيسي للبحث، من كلية الفيزياء ومعهد النانو بجامعة سيدني، د. يقول أليساندرو تونس: “لقد طورنا الآن طريقة عملية لتنفيذ العدسات الفائقة بدون عدسة فائقة. وللقيام بذلك، وضعنا مسبارنا الضوئي بعيدًا عن الجسم وجمعنا معلومات عالية الدقة ومنخفضة الدقة. ومن خلال القياس بعيدًا، لن يتدخل المسبار في البيانات عالية الدقة المميزة للطرق السابقة.”

وقد حاولت الجهود السابقة إنتاج عدسات فائقة باستخدام مواد جديدة. ومع ذلك، فإن معظم المواد تمتص قدرًا كبيرًا من الضوء مما يجعل العدسات الفائقة مفيدة.

دكتور. قال تونس: “بعد القياس، نتغلب على ذلك من خلال أداء وظيفة العدسة الفائقة كخطوة ما بعد المعالجة على الكمبيوتر. وهذا ينتج صورة “حقيقية” للكائن من خلال التضخيم الانتقائي لموجات الضوء الزائل (أو الزائل).”

“يمكن استخدام طريقتنا لتحديد محتوى الرطوبة في الأوراق بدقة عالية أو أن تكون مفيدة في تقنيات التصنيع الدقيق المتقدمة مثل التقييم غير المدمر. ويمكن أيضًا استخدام الطريقة للكشف عن الطبقات المخفية في سلامة الرقائق الدقيقة والأعمال الفنية، ربما تزوير فني أو مخفي قال البروفيسور المشارك بوريس كوهلم، من كلية سيدني للفيزياء النانوية والمؤلف المشارك، “إنه عمل فني. من المفيد اكتشافه.”

بشكل عام، حاولت جهود العدسات الفائقة استيعاب معلومات عالية الدقة عن قرب. وذلك لأن هذه البيانات المفيدة تتلاشى بشكل كبير عبر المسافة، وسرعان ما تطغى عليها البيانات منخفضة الدقة، والتي لا تتحلل بسرعة. ومع ذلك، فإن تحريك المسبار قريبًا جدًا من كائن ما يؤدي إلى تشويه الصورة.

وقال البروفيسور المشارك كولمي: “من خلال تحريك مسبارنا إلى أبعد من ذلك، يمكننا الحفاظ على سلامة المعلومات عالية الدقة واستخدام تقنية ما بعد المراقبة لتصفية البيانات منخفضة الدقة”.

تم إجراء الأبحاث باستخدام الضوء في نطاق تيراهيرتز بأطوال موجية ملليمترية، في منطقة الطيف بين المرئي والميكروويف.

قال البروفيسور المشارك كوهلمي: “هذا نطاق ترددي صعب للغاية للعمل معه، ولكنه مثير للاهتمام للغاية لأنه في هذا النطاق يمكن الحصول على معلومات مهمة حول بنية البروتين، أو ديناميكيات الترطيب أو النماذج البيولوجية لاستخدامها في تصوير السرطان.”

دكتور. وقال تونس: “إن هذه التقنية هي الخطوة الأولى في السماح بصور عالية الدقة بينما تكون على مسافة آمنة من الجسم دون تشويه ما تراه. ويمكن استخدام تقنيتنا في نطاقات ترددية أخرى. ونتوقع من أي شخص أن يقوم بإجراء فحص مجهري ضوئي عالي الدقة للعثور على هذه التقنية مثيرة للاهتمام.”