利用光纤探针可以看到分子键

在《复仇者联盟：结局》中，托尼·斯塔克警告斯科特·朗要把他送回量子领域，将是“几十亿分之一的正确概率”。 

事实上，将光束缩小到纳米大小的点来监视量子尺度的光-物质相互作用，并检索信息并不容易。现在，加利福尼亚大学河滨分校的工程师们已经开发出一种新技术，以前所未有的效率将光导入量子领域。 

在一篇《自然光子Nature Photonics》杂志论文中，由化学与环境工程助理教授严若雪（Ruoxue Yan）和电子与计算机工程助理教授刘明（Ming Liu）领导的团队描述了世界上第一个将玻璃光纤与银纳米线电容器集成在一起的便携式、廉价的光学纳米复制工具。该装置是一个高效的往返光隧道，将可见光挤压到冷凝器的最顶端，与局部分子相互作用，并发送回能够破译和可视化难以捉摸的纳米世界的信息。

  

上图就显示了光谱学测量中的光纤中光的进出过程。来源：加利福尼亚大学河滨分校。

我们放大物体细节的能力受到光的波动性的限制。如果你在科学课上用过光学显微镜，你可能会学到，在一切变得模糊之前，一个物体只能放大2000倍。这是因为我们不可能分辨出任何比光波波长细一半的特征——对于远场可见光来说，只是几百纳米——不管显微镜有多先进。 

与远场波不同，近场波只存在于离光源非常近的地方，不受此规则的控制。但它们不是自发传输，很难使用或观察。自20世纪20年代以来，科学家们一直认为，通过金属薄膜上的一个小孔强迫光线会产生近场波，这些近场波可以转换成可检测到的光，但直到半个世纪后才制造出第一个成功的原型。 

上世纪90年代初，2014年诺贝尔化学奖得主埃里克贝齐格(Eric Betzig)在成像性能和可靠性方面对早期原型做出了重大改进。从那时起，近场扫描光学显微镜，即众所周知的技术，被用来揭示许多化学、生物和材料系统的纳米级细节。不幸的是，又过了将近半个世纪，这种技术仍然很深奥，很少有人使用。 

刘说：“把光穿过一个比一缕头发直径小一千倍的小孔，这可不是小菜一碟。只有百万分之几的光子，或者光粒子，能通过针孔到达你想看到的物体。获得一张单程票已经是一个挑战；一张往返票，带回来一个有意义的信号，几乎是一个白日梦。”