伊利诺伊州ECE的新研究正在推动光学显微镜领域的发展，为该领域提供了一个至关重要的新工具，可以解决许多科学和工程领域的挑战性问题，包括半导体晶圆检测，纳米颗粒传感，材料表征，生物传感，病毒计数和微流控。

人们经常问这个问题：“为什么我们不能在光学显微镜下看到或感知纳米级物体?”教科书的答案是它们的相对信号较弱，并且它们的间距小于阿贝的分辨率极限。

但是，由伊利诺伊州ECE教授Lynford L Goddard领导的伊利诺伊州ECE研究团队，博士后朱金龙和博士生Aditi Udupa都以崭新的光学框架挑战了这些基本原理。

他们的工作发表在《自然通讯》上，为使用光学显微镜揭示影响我们日常生活的难题打开了新的大门。

“我们的工作意义重大，不仅因为它增进了对光学成像的科学理解，而且还因为它使研究人员能够直接可视化具有深亚波长间隔的未标记物体。我们可以看到纳米结构，而无需执行任何图像后处理。”

该团队的突破始于2018年5月，当时朱和戈达德在其中一项模拟中偶然发现了一项非凡的结果。“当时，我们正在进行晶圆缺陷检查的理论研究，需要建立一个仿真工具来模拟光如何通过显微镜系统传播。当我们看到其中一种配置的仿真结果时，我们对此感到非常困惑。”戈达德回忆道。“在接下来的三个月中，我们日夜工作，试图了解其背后的物理原理。一旦我们开发出一种封闭形式的分析表达式来解释发生了什么，我们就可以设计一个实验来检验我们的假设。”

但是，还要花五个月的反复试验才能学习如何构建和对准光学系统，以便实验配置能够复制模型假设。同时，Udupa女士在周国雄博士和陶尚博士的协助下，在Holonyak微纳米技术实验室和材料研究实验室制造了合适的测试样品。在2019年1月，该团队终于意识到了必要的实验条件，并直接可视化了他们的第一套深亚波长物体。

“使用标准光学显微镜观察纳米物体是非常困难的，这不仅是因为衍射屏障，而且还有微弱的信号，”朱说。“我们的实验必须利用两个新的有趣的物理概念，即反对称激发和非共振放大，以提高纳米级物体的信噪比。”

单个纳米线及其制造缺陷的实验可视化。新的和常规的光学显微镜方法分别标记为(EC)和(No EC)。

该团队证明了该技术可以使用低数值孔径物镜(0.4 NA)在宽视场(726-μm×582-μm)上感应自由形式和固定形式的纳米尺度物体。朱解释说：“我们很幸运，上面显示的测试样品上的某些纳米线存在制造缺陷。这使我们能够演示半导体芯片中20 nm以下缺陷的可视化。将来，人们还可以通过选择具有优化几何结构和适当折射率的纳米线，并在纳米线周围构图官能团，将我们的方法应用于生物物体(例如病毒或分子簇)的可视化感测。一旦捕获了目标分析物，它们就可以作为对象，可以从光学图像中直接看到它们。”