La luz ultravioleta extrema (EUV) en microscopía ofrece la ventaja de obtener una imagen de alta resolución combinada con información espectral sobre el objeto en estudio. Sin embargo, porque la microscopía EUV usa difracción en lugar de lentes, la obtención de imágenes con más de una longitud de onda es un desafío. Investigadores de ARCNL y Vrije Universiteit Amsterdam han encontrado una solución al diseñar una nueva clase de elementos ópticos difractivos para la luz EUV. Sus resultados ofrecen posibilidades de mejorar tanto las fuentes de luz como los elementos ópticos en microscopía EUV, allanando el camino para el uso generalizado de la técnica en nanociencia. El 25 de enero publicaron sus resultados en la revista Optica .

La microscopía EUV llena el nicho entre imágenes con luz visible, que no proporciona el detalle de escala nanométrica necesario en nanociencia o imágenes biológicas, y métodos de obtención de imágenes como la microscopía electrónica, que proporciona aún más detalles, pero a veces no es adecuado porque necesita enfriamiento criogénico y una preparación cuidadosa de la muestra. Además de eso, debido a su fuerte interacción con la materia, La luz EUV es muy útil para las mediciones de espectroscopía que revelan las propiedades del material de una muestra.

Sin embargo, La microscopía EUV de sobremesa todavía plantea algunos desafíos. "Un problema muy práctico con el uso de la luz EUV para fines de obtención de imágenes es que casi todos los materiales de la tierra absorben la mayor parte de la radiación. Por lo tanto, no podemos usar lentes para enfocar la luz EUV, "dice el líder del grupo ARCNL Stefan Witte." Pero, podemos usar la difracción. Si envía luz a través de un objeto con rendijas, se doblará. Si las ranuras están dispuestas de la manera correcta, es posible enfocar la radiación, tal como enfocarías la luz visible con una lente ".

Placas de zona en lugar de lentes

La luz EUV se puede enfocar con una placa de zona de Fresnel, un disco con un patrón circular de rendijas que difracta la luz. Una propiedad inherente de la difracción, sin embargo, es que el ángulo de difracción depende de la longitud de onda. Witte:"Utilizamos una fuente coherente que contiene un amplio espectro de luz en el rango EUV. Con una placa de zona convencional, esto da como resultado diferentes puntos de enfoque para cada longitud de onda en el haz, pero solo podemos usar uno de ellos sin tener que mover la muestra. Es más, es imposible recopilar datos espectrales de una muestra cuando solo envía una longitud de onda de luz a través de ella. Las propiedades del material de la muestra que pudimos revelar con espectroscopía EUV permanecen ocultas ".

Mejoramiento

Lars Loetgering y Kevin Liu, ambos científicos del grupo de Witte, encontró una solución un tanto contradictoria a este problema. Mientras que una placa de zona perfecta ofrece distintos puntos de enfoque, las fallas o irregularidades menores en el patrón circular de las rendijas harán que el foco se difumine en la dirección del haz. Los investigadores se dieron cuenta de que podían usar estos desordenados "frotis" de enfoque en su beneficio. "Los frotis de enfoque también se cambian para cada longitud de onda en el espectro, pero se superponen un poco, ", dice Witte." Hicimos un modelo para calcular la placa de zona óptima, en el que un mínimo de irregularidades, o entropía en la estructura, da como resultado una superposición máxima de las manchas de enfoque. Con ese, podemos aprovechar al máximo la luz EUV disponible y también aprovechar la sensibilidad espectral de las imágenes EUV mediante la recopilación de datos de hasta nueve longitudes de onda diferentes ".

Tiempos emocionantes por delante

Witte y su equipo han probado sus placas de zona "imperfectas" tanto en simulaciones como en experimentos y están entusiasmados con los resultados. "Este nuevo tipo de elementos ópticos difractivos no solo está allanando el camino hacia el uso generalizado de la microscopía EUV de sobremesa, pero también podemos usarlo para dar un paso atrás e intentar que nuestras fuentes de EUV sean más eficientes, ", dice." Estamos buscando la combinación ideal de luz y difracción, que puede ser diferente según la información que esté buscando ".

Witte espera que los próximos años sean cruciales para un uso más amplio de la microscopía EUV en nanociencia; "La técnica está actualmente limitada por la eficiencia de las fuentes y la restricción a la radiación de una sola longitud de onda. Aún queda mucho trabajo por hacer, pero con nuestro enfoque espero que podamos optimizar aún más la técnica para que pueda usarse en metrología o ciencia de materiales. Por ejemplo, los investigadores que ahora dependen de grandes instalaciones de sincrotrón podrán realizar sus experimentos en su propio laboratorio con un microscopio EUV de sobremesa ".