Bølgelængden sætter den nedre grænse for hvad man kan med lys. Det ved enhver, men det passer bare ikke.

Eller i al fald er det en sandhed med modifikationer. Kenji Tamasaku fra RIKEN i Japen og en gruppe japanske kolleger påstår i Nature Physics at kunne skelne enkelte kulstofatomer (i et stykke diamant) med et meget specielt optisk "mikroskop".

*

* ***(Billeder fra sub-ångstrøm "mikroskopet") *

* **(Diamants krystalstruktur. )

Inden jeg kommer til det, minder jeg lige om et andet godt eksempel på at diffraktion ikke er hvad det har været. Udviklingen af den moderne computerchip, viser om noget at hvis der er milliarder af dollars at tjene, lader ingeniørerne sig ikke stoppe af en smule naturlov.

I mange år var diffraktionsgrænsen den væsentligste indvending mod IBM pioneren Gorden Moore's empiriske lov, der konstaterede at antallet af transistorer i computerchips så ud til at udvikle sig eksponentielt. Man kan ikke uden videre lave mønstre under diffraktionsgrænsen, som er givet ved lysets bølgelængde og optikkens numeriske apertur, så der stopper festen.

Den trivielle løsning er at bruge lys med en kortere bølgelængde, men det er i virkeligheden ikke ret trivielt; det er både svært og dyrt at lave litografi med kortere bølgelængder på grund af de specielle krav til lyskilder, optik og materialer.

Derimod har man med en lang række opfindsomme tricks (prøv at google "phase mask" og "deep ultraviolet lithography") presset den litografiske detaljegrad i sådan grad i vi endnu idag er på Moores eksponentielle kurve - årtier efter at det første gang lød "nu stopper festen snart". Chip industrien er idag nået til 22 nm noden, såeh...

Hvor man kun kan tage hatten af overfor et af menneskets mest exorbitante ingeniørbedrifter, er det nu også ret interessant at forskere nu hævder at kunne se enkelte atomer med optisk mikroskopi. Læs lige det igen. Opløsningen, som artiklen fra de japanske forskere Nature hævder nu er nået, er 0.05 nm. Billederne i artiklen viser det velkendte mønster fra atomerne i en diamant krystal. Hvad er det så de gør? ** "In summary, we have demonstrated that we can make use of the spatial resolution of X-rays, keeping the probing wavelength in the optical region, and can visualize the local optical response to extreme-ultraviolet radiation with atomic resolution."

Det er noget af en mundfuld. Forskerne udsætter prøven for røntgen stråling med en bølgelængde på mellem 103 mellem 206 Å, som så nedkonverteres næsten 400 gange til 0.54Å ved en kompliceret ikke-lineær vekselvirkning mellem røntgenstrålingen og elektronerne i diamanten.

Forskerne "forklarer" at den lineære optiske susceptibilitet (som udtrykker hvor polariserbart stoffet er i et elektrisk felt, og er den relative permittivitet minus 1) indgår i den ikke-lineære anden-ordens susceptibilitet i røntgen området. Så: forskerne bruger røntgenlys, der ved mødet med elektronerne forvandles til UV-lys, på en måde der afhænger af elektronernes bevægelse og placering.

Den japanske gruppe sender et røntgen beam mod diamanten, og i krystallen splittes (spontant) ved mødet med elektronerne i nærheden af atomerne til to komponenter, et lav-energisk røntgen beam, og et ultraviolet (UV) beam. Dette sker fordi elektronernes bevægelse medfører en slags Doppler effekt, når den indkomne røntgen stråling rammer dem og dermed et lille frekvensskift. Konversionen til UV-lys afhænger meget af fordelingen af elektroner i krystallen, og dette gør at man ved at analysere UV-lyset der kommer fra krystallen, kan rekonstruere ikke bare hvordan elektronerne bevæger sig, men også hvor de sidder.

Man har brugt røntgen diffraktion siden starten af sidste århundrede til at undersøge krystalstrukturer, så hvad er forskellen?

Ved røntgen diffraktion undersøger man det (røntgen) lys der kastes tilbage med samme bølgelængde, og man kan nok få præcis information om krystalstrukturen, så helt nyt er det på den måde ikke.

Den nye teknik afslører på en noget kringlet måde hvor hvert enkelte atom sidder, med det interessante twist at det er den optiske respons - hvordan materialet reagerer på lys - man får information om. En begrænsning er at det indtil videre kun er materialets egenskaber i den noget kortbølgede del af det elektromagnetiske spektrum vi kan lære noget om. Forfatterne tror at man ved at bruge mere avancerede røntgenkilder kan lave samme trick med lys i det synlige område. Spændende!!!