La TU Wien met au point un microscope pour les échantillons ultrasensibles
Comment produire la meilleure image possible au microscope sans détruire l'échantillon ? Une nouvelle astuce permet une imagerie douce avec une qualité d'image maximale.
Quiconque a déjà pris une photo connaît le problème : pour obtenir une image détaillée, il faut beaucoup de lumière. En microscopie, cependant, une trop grande quantité de lumière est souvent nuisible à l'échantillon, par exemple lorsqu'il s'agit d'imager des structures biologiques sensibles ou d'étudier des particules quantiques. L'objectif est donc de recueillir autant d'informations que possible sur l'objet observé avec une quantité de lumière donnée.
Le nouveau type de microscope fait voyager la lumière en cercle. Elle peut ainsi interagir plusieurs fois avec l'échantillon.
© TU Wien
Dans le cadre d'une collaboration avec l'université de Vienne et l'université de Siegen (Allemagne), des chercheurs de la TU Wien ont mis au point une nouvelle astuce pour y parvenir : ils stockent la lumière dans un résonateur dans lequel se trouve également l'échantillon. Ils obtiennent ainsi un signal plus clair qu'avec d'autres méthodes. La technique a été présentée dans la revue Nature Scientific Reports.
Un meilleur signal grâce à la diffusion multiple de la lumière
"Dans un microscope normal, la lumière frappe l'échantillon une fois et entre ensuite dans une lentille", explique Maximilian Prüfer, qui a dirigé l'étude dans le cadre de sa bourse Esprit de la FWF à l'Institut de recherche atomique de l'Université technique de Vienne (TU Wien). "Dans notre microscope, nous plaçons l'échantillon dans un résonateur optique, entre deux miroirs.
Pour transformer ce résonateur en microscope, l'équipe a mis au point un dispositif expérimental inhabituel avec des lentilles supplémentaires : après avoir traversé l'échantillon, le faisceau lumineux est guidé dans un cercle et frappe à nouveau l'échantillon. "L'échantillon est alors à nouveau éclairé, mais pas avec un faisceau de lumière normal et uniforme comme au début, mais avec un faisceau de lumière qui contient déjà l'image de l'échantillon, pour ainsi dire", explique Oliver Lueghamer (TU Wien), qui a construit le microscope dans le cadre de son mémoire de maîtrise.
À l'instar d'un timbre que l'on presse plusieurs fois au même endroit et qui produit une image clairement visible même si l'encre est faible, l'image de l'échantillon devient de plus en plus nette au fur et à mesure qu'il effectue plusieurs passages dans le microscope.
Les calculs théoriques, développés en collaboration avec Thomas Juffmann (Université de Vienne) et Stefan Nimmrichter (Université de Siegen), et les expériences montrent que cette méthode fournit plus d'informations que d'autres techniques de microscopie à une intensité lumineuse donnée. "Le chiffre clé est le rapport signal/bruit", explique Maximilian Prüfer. "Ce rapport est meilleur ici qu'avec d'autres méthodes en raison de la diffusion multiple avec la même perturbation de l'échantillon.
Stable même en cas de perturbations mineures
Cependant, la pertinence pratique de la nouvelle méthode dépend également de sa sensibilité aux perturbations : "Lorsque l'on utilise des résonateurs optiques, comme nous le faisons, il est souvent important de maintenir leur longueur extrêmement constante", explique Maximilian Prüfer.
"Normalement, il faut faire de gros efforts pour que la distance entre les deux miroirs ne varie que très peu, sinon l'effet désiré est perdu. Avec notre méthode, ce n'est pas le cas".
La distance entre les miroirs peut également présenter une certaine instabilité sans que l'amélioration ne disparaisse. "C'est important, car cela signifie que la méthode ne fonctionne pas seulement en théorie, mais qu'elle peut aussi être utilisée en pratique avec un effort raisonnable", ajoute M. Prüfer.
L'un des objectifs de la nouvelle technique de microscopie est d'obtenir des images des condensats de Bose-Einstein ultrafroids et d'étudier ainsi leur comportement physique quantique.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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