Anzeige

A research team at the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Göttingen has now probed these color centers inside the crystal with unprecedented resolution using an optical microscope. Using STED microscopy, the scientists identified even densely packed color centers and determined their position inside the crystal with a precision better than 0.15 nanometers, corresponding to the dimension of an atom.
Diamonds are brilliant not only as gem stones but scientists are also increasingly interested in these precious crystals. As the perfect jewel, the colorless variant glitters brilliantly - but in science it is the much cheaper fluorescent diamonds that cause the sensation. Their color comes from impurities, such as nitrogen atoms, in the diamond lattice.
If a nitrogen atom sits next to a vacancy in the crystal lattice, a luminescent defect of atomic size is formed. Electrons of these color centers can - similar to dye molecules - be excited by laser light. When they return to the ground state, the excitation energy is converted to fluorescence light. This fluorescence glowing and their ability to form atomically small magnets render color centers in diamond extremely interesting.
Researchers hope to use diamond color centers as small processors in quantum computing to speed up specific arithmetic operations, and their suitability for encoding highly sensitive data is currently being explored. However, there is a crucial drawback for observing these color centers inside the crystal: single defects can only be recognized with a fluorescence microscope, but only if they are further apart than approximately 200 nanometers (millionth of a millimeter) because this is the resolution limit of a standard optical microscope.
Stefan Hell's group at the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Göttingen succeeded in recording the first images of densely packed individual color centers employing STED (Stimulated emission depletion) microscopy. They pushed the current resolution limit of STED down to a few nanometers. Diamond color centers closer than a tiny fraction of the resolution limit could be separated and their position determined with a precision of 0.15 nanometers. Scientists have now a method at hand to individually address densely packed color centers - with conventional lenses and focused light. For the ongoing research and application of these color centers this is a major breakthrough. This work is also important for the field of crystallography, which now has another method at hand to study crystal structures locally.
That nitrogen-vacancies fluoresce after excitation with laser pulses also makes them attractive for a different research field: biological fluorescence nanoscopy. Scientists plan to reveal a live cell's secrets using fluorescent diamonds, requiring tiny diamond nano particles which can be used for labeling cells."Organic fluorescent dyes, which we routinely use for STED, have the disadvantage that they blink and eventually bleach", says Eva Rittweger, a PhD student in the department. "However, color centers in diamonds are extremely photostable even when observed for hours in the STED microscope."
Research groups in Würzburg, Stuttgart, as well as in Asia and America are working on applying the nanocrystals to biological and medical fundamental research. "If we are successful in exploiting this property in nanodiamonds, one would have a new class of fluorescent markers and a form of fluorescence nanoscopy without bleaching. This could, in combination with the nanometric resolution of STED microscopy, improve imaging of the cell at the nanoscale", says Stefan Hell.
Original publication:
Eva Rittweger, Kyu Young Han, Scott E. Irvine, Christian Eggeling, and Stefan W. Hell. STED microscopy reveals crystal colour centres wit nanometric resolution. Nature Photonics, Online Publication, February 25, 2009 | doi:10.1038/nphoton.2009.2
Contact:
Prof. Dr. Stefan W. Hell, Department of NanoBiophotonics
Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen
Phone: +49 551 201 -2500, -2503
E-Mail: shell@gwdg.de
Dr. Carmen Rotte, Press and public relations office
Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen
Phone: +49 551 201 -1304
E-Mail: crotte@gwdg.de
Dr. Carmen Rotte | Quelle: Max-Planck-Institut
Weitere Informationen: www.mpibpc.mpg.de/groups/pr/PR/2009/09_06_en/
www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/
Weitere Berichte zu: Biophysical > carats > CHEMISTRY > crystal clear microscopy > crystal lattice > diamonds > Max Planck Institute > nitrogen atom > optical microscope > quantum computing > quantum cryptography > STED microscopy
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | University of Michigan
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Institut für Photonische Technologien
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten