La lumière dirigée sur une aiguille métallique se disperse généralement sur les côtés, et seule une petite partie se concentre sur la pointe. Pour la faire pénétrer dans un point de la taille de quelques atomes, l'optique du microscope est rendue coûteuse et encombrante, et la distance à l'échantillon minuscule. Dans ce nouveau travail, une pointe est proposée qui focalise elle-même la lumière sur l'extrémité, comme un entonnoir qui recueille l'eau de pluie dans un goulot étroit.
La clé réside dans la forme de la pointe. C'est une petite pyramide avec une plateforme plate au sommet, dont les dimensions sont choisies pour que la lumière se propageant à la surface du métal se réfléchisse sur les bords et se combine en résonance. Tout comme une corde de guitare sonne plus fort à une certaine longueur, ici la lumière est amplifiée par la combinaison précise de la longueur de la pyramide et de la largeur de la plateforme. Les auteurs ont calculé ces paramètres et montré que l'amplification se produit périodiquement, comme des étages où le son résonne plus fort.
Le test sur le graphène, une couche de carbone d'un atome d'épaisseur, a confirmé que même avec un objectif simple (ouverture numérique 0.75), la pointe produit un point lumineux intense sur l'extrémité. Cela signifie que l'instrument peut être éloigné de l'échantillon et fonctionner dans des conditions restreintes : dans des puces microfluidiques, sous une couche d'eau ou à l'intérieur de matériaux poreux.
Une telle sonde ouvre la voie à des spectromètres Raman compacts, qui pourraient être utilisés directement sur le lieu de production ou sur le terrain. Au lieu d'une installation encombrante, une petite tête avec une aiguille qui voit la composition de la surface à l'échelle nanométrique.
L'amplification de la lumière à la pointe d'une aiguille peut être si forte qu'elle permet de voir le signal d'une seule molécule, comme si un murmure était audible dans un stade.