Spreder fokus for bedre billeddannelse

Ekstremt ultraviolet (EUV) lys i mikroskopi giver fordelen ved at opnå et billede i høj opløsning kombineret med spektral information om det undersøgte objekt. Imidlertid, fordi EUV -mikroskopi bruger diffraktion i stedet for linser, billeddannelse med mere end én bølgelængde er udfordrende. Forskere ved ARCNL og Vrije Universiteit Amsterdam har fundet en løsning ved at designe en ny klasse af diffraktive optiske elementer til EUV-lys. Deres resultater giver muligheder for at forbedre både lyskilderne og de optiske elementer i EUV -mikroskopi, baner vejen for udbredt brug af teknikken inden for nanovidenskab. Den 25. januar offentliggjorde de deres resultater i tidsskriftet Optica .

EUV -mikroskopi fylder nichen mellem billeddannelse med synligt lys, som ikke giver detaljer om nanometerskalaen, der er nødvendig inden for nanovidenskab eller biologisk billeddannelse, og billeddannelsesmetoder som elektronmikroskopi, som giver endnu flere detaljer, men undertiden er uegnet, fordi den har brug for kryogen afkøling og omhyggelig prøveforberedelse. Oven i købet, på grund af dets stærke interaktion med stof, EUV -lys er meget nyttigt til spektroskopimålinger, der afslører materialets egenskaber ved en prøve.

Imidlertid, bordplade EUV -mikroskopi udgør stadig nogle udfordringer. "Et meget praktisk problem med at bruge EUV -lys til billeddannelse er, at næsten alle materialer på jorden absorberer det meste af strålingen. Derfor er vi kan ikke bruge linser til at fokusere EUV -lys, "siger ARCNL -gruppeleder Stefan Witte." Men, vi kan bruge diffraktion. Hvis du sender lys gennem et objekt med slidser, det vil bøje. Hvis spalterne er arrangeret den rigtige måde, det er muligt at fokusere strålingen, ligesom du ville fokusere synligt lys med en linse. "

Zoneplader i stedet for linser

EUV-lys kan fokuseres med en såkaldt Fresnel-zoneplade, en skive med et cirkulært mønster af slidser, der afbøjer lyset. En iboende egenskab ved diffraktion, imidlertid, er, at diffraktionsvinklen er afhængig af bølgelængden. Witte:"Vi bruger en sammenhængende kilde, der indeholder et bredt spektrum af lys i EUV -serien. Med en konventionel zoneplade, dette resulterer i forskellige fokuspunkter for hver bølgelængde i strålen, men vi kan kun bruge en af ​​dem uden at skulle flytte prøven. I øvrigt, det er umuligt at indsamle spektrale data fra en prøve, når du kun sender en lysbølgelængde gennem den. Materialets egenskaber ved prøven, som vi kunne afsløre med EUV -spektroskopi, forbliver dermed skjulte. "

Optimering

Lars Loetgering og Kevin Liu, begge forskere i Witte's gruppe, fundet en noget kontraintuitiv løsning på dette problem. Mens en perfekt zoneplade byder på forskellige fokuspunkter, mindre fejl eller uregelmæssigheder i det cirkulære mønster af slidser vil få fokus til at blive udtværet i strålens retning. Forskerne indså, at de kunne bruge disse rodede fokus -udstrygninger til deres fordel. "Fokusudstrygningerne forskydes også for hver bølgelængde i spektret, men de overlapper noget "siger Witte." Vi lavede en model til beregning af den optimale zoneplade, hvor et minimum af uregelmæssigheder - eller entropi i strukturen - resulterer i en maksimal overlapning af fokusudstrygninger. Med det, vi kan få mest muligt ud af det tilgængelige EUV -lys og også drage fordel af spektralfølsomheden ved EUV -billeddannelse ved at indsamle data fra op til ni forskellige bølgelængder. "

Spændende tider forude

Witte og hans team har testet deres 'ufuldkomne' zoneplader både i simuleringer og eksperimenter og er begejstrede for resultaterne. "Denne nye type diffraktive optiske elementer baner ikke kun vejen mod udbredt brug af bordplade -EUV -mikroskopi, men vi kan også bruge det til at tage et skridt tilbage og forsøge at gøre vores EUV -kilder mere effektive, "siger han." Vi leder efter den ideelle kombination af lys og diffraktion, som kan være forskellige afhængigt af de oplysninger, du leder efter. "

Witte forventer, at de kommende år bliver afgørende for en bredere brug af EUV -mikroskopi i nanovidenskab; "Teknikken er i øjeblikket begrænset af effektiviteten af ​​kilderne og begrænsningen til enkeltbølgelængdestråling. Der er stadig meget arbejde, der skal udføres, men med vores tilgang forventer jeg, at vi kan optimere teknikken yderligere, så den kan bruges i metrologi eller materialevidenskab. For eksempel, forskere, der nu er afhængige af store synkrotronfaciliteter, vil være i stand til at lave deres eksperimenter i deres eget laboratorium med et bordplade -EUV -mikroskop. "