Свет, направленный на металлическую иглу, обычно разбегается в стороны, и лишь малая часть собирается на самом кончике. Чтобы загнать его в точку размером с несколько атомов, оптику микроскопа делают дорогой и громоздкой, а расстояние до образца — крошечным. В новой работе предложен наконечник, который сам фокусирует свет на острие, как воронка, собирающая дождевую воду в узкое горлышко.
Ключ — в форме наконечника. Это пирамидка с плоской площадкой на вершине, размеры которой подобраны так, чтобы свет, бегущий по поверхности металла, отражался от краёв и складывался в резонанс. Подобно тому, как струна гитары звучит громче на определённой длине, здесь свет усиливается при точном сочетании длины пирамидки и ширины площадки. Авторы рассчитали эти параметры и показали, что усиление возникает периодически — как этажи, на которых звук резонирует сильнее.
Проверка на графене — слое углерода толщиной в один атом — подтвердила: даже с простым объективом (числовая апертура 0.75) наконечник даёт яркое световое пятно на острие. Это значит, что прибор можно отодвинуть от образца и работать в стеснённых условиях: в микрофлюидных чипах, под слоем воды или внутри пористых материалов.
Такой зонд открывает дорогу к компактным рамановским спектрометрам, которые можно будет использовать прямо на производстве или в полевых условиях. Вместо громоздкой установки — небольшая головка с иглой, которая видит состав поверхности на наноуровне.
Усиление света на острие иглы может быть настолько сильным, что позволяет увидеть сигнал от одной-единственной молекулы — как если бы один шёпот был слышен на стадионе.