Kính hi?n vi thông th??ng cung c?p thông tin c?n thi?t v? các m?u ? hai chi?u – m?t ph?ng c?a phi?n kính hi?n vi. Nh?ng ph?ng không ph?i là t?t c?. Trong nhi?u tr??ng h?p, thông tin v? ??i t??ng ? chi?u th? ba — tr?c vuông góc v?i phi?n kính hi?n vi — c?ng quan tr?ng không kém ?? ?o l??ng.

Gi? ?ây, các nhà nghiên c?u t?i Vi?n Tiêu chu?n và Công ngh? Qu?c gia (NIST) ?ã tìm ra cách chuy?n ??i m?t v?n ?? ?nh h??ng ??n g?n nh? t?t c? các kính hi?n vi quang h?c – quang sai th?u kính, gây ra s? h?i t? ánh sáng không hoàn h?o – thành m?t gi?i pháp cho phép kính hi?n vi thông th??ng ?o chính xác v? trí c?a các ?i?m sáng trên m?t m?u trong c? ba chi?u.

M?c dù các ph??ng pháp khác ?ã cho phép kính hi?n vi cung c?p thông tin chi ti?t v? c?u trúc ba chi?u, nh?ng nh?ng chi?n l??c này có xu h??ng t?n kém ho?c ?òi h?i ki?n ??th?c chuyên môn. Trong m?t cách ti?p c?n tr??c ?ây ?? ?o các v? trí trong chi?u th? ba, các nhà nghiên c?u ?ã thay ??i quang h?c c?a kính hi?n vi, ch?ng h?n b?ng cách b? sung thêm ?? lo?n th? cho các th?u kính. Nh?ng thay ??i nh? v?y th??ng yêu c?u tái thi?t k? và hi?u chu?n l?i kính hi?n vi quang h?c sau khi r?i kh?i nhà máy.

Ph??ng pháp ?o l??ng m?i c?ng cho phép kính hi?n vi ??nh v? chính xác h?n v? trí c?a các v?t th?. Kính hi?n vi quang h?c th??ng phân gi?i v? trí c?a các v?t th? thành m?t vùng không nh? h?n vài tr?m nanomet (m?t ph?n t? mét), gi?i h?n ???c ??t b?i b??c sóng c?a ánh sáng t?o ra hình ?nh và kh? n?ng phân gi?i c?a th?u kính kính hi?n vi. V?i k? thu?t m?i, kính hi?n vi thông th??ng có th? xác ??nh chính xác v? trí c?a các h?t phát sáng riêng l? trong m?t vùng nh? b?ng m?t ph?n tr?m.

Các nhà nghiên c?u c?a NIST Samuel Stavis, Craig Copeland và các ??ng nghi?p c?a h? ?ã mô t? công vi?c c?a h? trong s? ra ngày 24 tháng 6 c?a  t?p chí Nature Communications .

Ph??ng pháp này d?a trên s? phân tích c?n th?n hình ?nh c?a các h?t hu?nh quang mà các nhà nghiên c?u ??t trên các t?m silicon ph?ng ?? hi?u chu?n kính hi?n vi c?a h?. Do quang sai c?a th?u kính, khi kính hi?n vi di chuy?n lên xu?ng theo t?ng b??c c? th? d?c theo tr?c th?ng ??ng — chi?u th? ba — hình ?nh xu?t hi?n b? l?ch và hình d?ng c?ng nh? v? trí c?a các h?t d??ng nh? thay ??i. Các nhà nghiên c?u c?a NIST phát hi?n ra r?ng quang sai có th? t?o ra các bi?n d?ng l?n trong hình ?nh ngay c? khi kính hi?n vi ch? di chuy?n vài micromet (m?t ph?n tri?u mét) trong m?t ph?ng bên ho?c vài ch?c nanomet theo chi?u d?c.

Phân tích cho phép các nhà nghiên c?u l?p mô hình chính xác cách quang sai c?a th?u kính thay ??i hình th?c và v? trí rõ ràng c?a các h?t hu?nh quang v?i nh?ng thay ??i ? v? trí th?ng ??ng. B?ng cách hi?u ch?nh c?n th?n hình d?ng ?ang thay ??i và v? trí bi?u ki?n ??c?a m?t h?t theo v? trí th?ng ??ng c?a nó, nhóm nghiên c?u ?ã thành công trong vi?c s? d?ng kính hi?n vi ?? ?o chính xác các v? trí trong c? ba chi?u.

Stavis cho bi?t: “Ng??c l?i, quang sai c?a ?ng kính h?n ch? ?? chính xác ? hai chi?u và cho phép ?? chính xác ? ba chi?u . “ B?ng cách này, nghiên c?u c?a chúng tôi thay ??i quan ?i?m v? kích th??c c?a hình ?nh kính hi?n vi quang h?c và ti?t l? ti?m n?ng c?a kính hi?n vi thông th??ng ?? th?c hi?n các phép ?o phi th??ng.”

Stavis l?u ý r?ng vi?c s? d?ng thông tin ti?m ?n do quang sai th?u kính cung c?p s? b? sung cho các ph??ng pháp khó ti?p c?n h?n mà các nhà hi?n vi h?c hi?n ?ang s? d?ng ?? th?c hi?n các phép ?o ? chi?u th? ba. Ph??ng pháp m?i có kh? n?ng m? r?ng tính kh? d?ng c?a các phép ?o nh? v?y.

Các nhà khoa h?c ?ã th? nghi?m ph??ng pháp hi?u ch?nh c?a h? b?ng cách s? d?ng kính hi?n vi ?? ch?p ?nh m?t chòm sao các h?t hu?nh quang l?ng ??ng ng?u nhiên trên m?t bánh r?ng silicon c?c nh? quay theo c? ba chi?u. Các nhà nghiên c?u ?ã ch? ra r?ng mô hình c?a h? ?ã hi?u ch?nh chính xác quang sai c?a th?u kính, cho phép kính hi?n vi cung c?p thông tin ba chi?u ??y ?? v? v? trí c?a các h?t.

Sau ?ó, các nhà nghiên c?u có th? m? r?ng các phép ?o v? trí c?a h? ?? ghi l?i toàn b? ph?m vi chuy?n ??ng c?a bánh r?ng, bao g?m c? chuy?n ??ng quay, l?c l? và l?c l? c?a nó, hoàn thành vi?c trích xu?t thông tin không gian t? h? th?ng. Các phép ?o m?i này ?ã làm n?i b?t h?u qu? c?a các kho?ng tr?ng ? kích th??c nano gi?a các b? ph?n c?a h? th?ng vi mô, nh?ng kho?ng cách này khác nhau do s? không hoàn h?o trong quá trình ch? t?o h? th?ng. Gi?ng nh? ? tr?c b? l?ng trên bánh xe khi?n bánh xe b? l?c l?, nghiên c?u cho th?y các kho?ng cách ? kích th??c nano gi?a các b? ph?n không ch? làm gi?m ?? chính xác c?a chuy?n ??ng quay có ch? ý mà còn gây ra s? l?c l?, l?c l? và th?m chí u?n cong không ch? ý c?a bánh r?ng, t?t c? nh?ng ?i?u này có th? x?y ra. h?n ch? hi?u su?t và ?? tin c?y c?a nó.

Copeland cho bi?t các phòng thí nghi?m kính hi?n vi có th? d? dàng th?c hi?n ph??ng pháp m?i. Stavis nói thêm : “ Ng??i dùng ch? c?n m?t m?u tiêu chu?n ?? ?o l??ng tác ??ng c?a chúng và hi?u chu?n ?? s? d?ng d? li?u k?t qu? . Ngoài các h?t hu?nh quang ho?c m?t tiêu chu?n t??ng t? ?ã t?n t?i ho?c ?ang phát tri?n, không c?n thi?t b? b? sung nào. Bài báo m?i bao g?m ph?n m?m trình di?n h??ng d?n các nhà nghiên c?u cách áp d?ng hi?u chu?n.

Bài vi?t: Craig R. Copeland, Craig D. McGray, B. Robert Ilic, Jon Geist và Samuel M. Stavis. Kính hi?n vi ??nh v? chính xác b?ng hi?u chu?n quang sai n?i t?i. Truy?n thông t? nhiên. Ngày 24 tháng 6 n?m 2021. DOI:  10.1038/s41467-021-23419-y

?? bi?t thêm thông tin: www.nist.gov