中科大光学成像技术迈入“纳米时代”

记者1月11日从中科大获悉，该校中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组利用光学超分辨成像技术，突破光学衍射极限，实现对单个自旋态的纳米量级空间分辨率测量和操控，成像精度达4.1纳米，为光学衍射极限的1/86，超越2014年诺贝尔化学奖获得者斯特凡·W·赫尔教授等人实现的光学衍射极限1/67的精度。

人的肉眼能分辨0.1毫米尺度的物体，再小就要借助工具才能看清。1665年，英国科学家罗伯特·虎克制造了第一台用于科学研究的光学显微镜，但由于存在一道无法逾越的“墙”——光学衍射极限，光学显微镜也不能无止境地“放大”下去。 1873年，德国科学家阿贝提出衍射极限理论。根据此理论，光学显微镜分辨率极限只能达到300纳米左右。

由中科大校友、哈佛大学教授庄小威等科学家发明的超分辨成像技术，成像精度达到几十个纳米，把传统成像分辨率提高了10倍到20倍，好比一个近视眼的人突然戴上了合适的眼镜，成为研究细胞结构和物理测量的利器。实验中，中科大孙方稳研究组利用50毫瓦泵浦激光，完成了对氮-空位色心的高分辨成像，精度达4.1纳米。此外，基于该电荷态耗散成像技术和微波调控技术，他们还实现了高空间分辨率的自旋量子态的操作和测量，演示了高分辨率的磁场测量。这一成像技术原理与斯特凡·W·赫尔教授发明的受激发射耗散成像技术类似。

研究成果1月2日发表在《自然》子刊《光：科学与应用》上。这一技术不仅可用于纳米尺度的高精度电磁场测量，今后还可能在量子信息技术、生命科学研究等领域得到广泛应用。