Видеть одинаково яркими все одиночные молекулы, независимо от их ориентации, поможет использование эллиптически поляризованного цилиндрического векторного пучка.

Степан Бойченко из Иркутского филиала Института лазерной физики СО РАН предложил использовать эллиптически поляризованный цилиндрический векторный пучок для того, чтобы под микроскопом видеть одинаково яркими все одиночные молекулы, независимо от их ориентации. Ученый представил свою разработку на международной конференции ICONO/LAT 2016, состоявшейся в Минске с 26 по 30 сентября. Кратко о ней рассказывает сайт Наука в Сибири.

Сегодня исследования одиночных частиц — быстро развивающееся направление в науке, получившее название спектромикроскопия одиночных молекул. Помимо безусловной фундаментальной ценности, оно представляет собой мощный исследовательский инструмент для огромного числа практических разработок в биомедицине, материаловедении, нанотехнологиях, квантовой информатике, химии полимеров и ряде других областей.

Для изучения экспериментальных образцов их предварительно специально подготавливают. Для этого на тонкое покровное стекло наносится тонкий слой полимера, в который предварительно были внедрены молекулы люминесцирующего красителя. Концентрация последнего подбирается таким образом, чтобы количество примесных частиц было достаточно малым для их наблюдения — расстояние между ними составляет не менее половины микрона. Освещая такой экспериментальный образец сильносфокусированным лазерным лучом, ученые заставляют молекулы флуоресцировать и регистрируют свечение объективом микроскопа.

Однако возникает проблема: каждая одиночная молекула обладает своей собственной ориентацией, и поэтому в зависимости от направления светового вектора лазерного луча, каждая частица видна с разной степенью яркости.

«Если направление вектора электрической напряженности светового поля совпадает с направлением молекулы, мы ее видим хорошо. Если же вектор перпендикулярен, то молекула не видна. Если вектор напряженности направлен под углом к направлению одиночной молекулы, то вариант видимости будет промежуточным»,  — пояснил Степан Бойченко.

Это существенно ограничивает возможности исследователей в спектромикроскопии одиночных молекул. Иркутский ученый разработал свой способ решения этой проблемы. 

«Мною было предложено использовать эллиптически поляризованный цилиндрический векторный пучок, представляющий собой комбинацию радиально- и азимутально-поляризованного. Это будет цилиндрически симметричный по поляризации пучок с эллиптической поляризацией в каждой точке», — сказал он. Ученый рассчитывает в ближайшее время опробовать эту схему экспериментально.