在“復仇者聯盟：殘局”中，托尼·斯塔克警告斯科特·朗，將他送入量子領域并將他帶回來將是一場“十億對一的宇宙僥幸”。

實際上，將光束縮小到納米尺寸的點來監視量子尺度的光 -物質相互作用并檢索信息并不容易。現在，加州大學河濱分校的工程師們已經開發出一種新技術，以前所未有的效率將光線傳輸到量子領域。

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在Nature Photonics論文中，由化學和環境工程助理教授Ruoxue Yan和電子與計算機工程助理教授劉明領導的團隊描述了世界上第一臺集成玻璃的便攜式廉價光學納米工具帶有銀納米線電容器的光纖。該設備是一個高效的往返光隧道，將可見光擠壓到聚光器的尖端，與局部分子相互作用，并發回可以破譯和可視化難以捉摸的納米世界的信息。

我們放大物體精細細節的能力受到光波特性的限制。如果你曾經在科學課上使用過光學顯微鏡，你可能已經知道，在一切都變得模糊之前，人們只能將物體放大約2000倍。這是因為無法區分任何比光波長的一半更細的特征- 對于遠場可見光來說幾百納米- 無論你的顯微鏡有多先進。

與遠場波不同，近場波僅存在于非常靠近光源的地方，并且不受此規則的約束。但他們不會自愿旅行，也很難利用或觀察。自20世紀20年代以來，科學家們一直認為，通過金屬薄膜上的小針孔強迫光線會產生可以轉換成可探測光的近場波，但是第一批成功的原型直到半個世紀之后才建成。

在20世紀90年代早期，2014年諾貝爾化學獎獲得者Eric Betzig對早期的成像性能和可靠性原型進行了重大改進。從那時起，已知的近場掃描光學顯微鏡已被用于揭示許多化學，生物和材料系統的納米級細節。

不幸的是，差不多半個世紀之后，這種技術仍然是深奧的，很少被人使用。

“通過比人類頭發直徑小一千倍的微小針孔發光是沒有小事，”劉說。“只有少數百萬光子或光粒子可以通過針孔到達你想要看到的物體。獲得單向票已經具有挑戰性了;帶回一個有意義信號的往返機票幾乎是白日夢“。

科學家們為改善這一機會做出了無盡的努力。雖然目前最復雜的探測器只允許1,000個光子中的一個到達物體，但UC Riverside設備可將一半的光子傳輸到尖端。

“設計的關鍵是兩步連續聚焦過程，”Yan說?！霸诘谝徊街?，遠場光的波長隨著沿著逐漸變薄的光纖傳播而緩慢增加，而不改變其頻率。當它與位于頂部的銀納米線中的電子密度波的波長相匹配時。光纖，熱潮!所有的能量都轉移到電子密度波，開始在納米線的表面上行進?！?/p>

在聚焦過程的第二步中，波在尖端處逐漸凝結成幾納米。

加州大學河濱分校的設備是一個微小的銀色針頭，燈光從尖端射出“有點像哈利波特的魔杖照亮了一個小區域，”進行這項研究的博士生Sanggon Kim解釋道。

金所使用的設備繪制出的分子振動，允許一個分析的頻率化學鍵，在一個分子保持在一起原子。這被稱為尖端增強拉曼光譜或TERS成像。TERS是近場光學顯微鏡中最具挑戰性的分支，因為它處理非常微弱的信號。它通常需要龐大的，價值數百萬美元的設備來集中光線和繁瑣的準備工作來獲得超分辨率的圖像。

通過新設備，Kim在簡單的便攜式設備上實現了1納米的分辨率。本發明可以是一種強大的分析工具，有望為納米科學的所有學科的研究人員揭示新的信息世界。

“光纖納米線組件與尖端增強拉曼光譜儀結合掃描隧道顯微鏡的集成，可以在簡單而優雅的設置中收集高分辨率化學圖像，將此工具置于光學成像和光譜學的最前沿。我們為這一成就及其對化學研究的影響感到自豪。我們對其在生物和材料研究等各種學科中的潛在應用感到更加鼓舞，這些學科將進一步推動科學進步，“代理副主任林鶴表示。美國國家科學基金會化學部門，該部門資助了該研究。

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