Las imágenes proporcionan información:lo que podemos observar con nuestros propios ojos nos permite comprender. Expandiendo constantemente el campo de percepción en dimensiones que inicialmente están ocultas a simple vista, impulsa la ciencia hacia adelante. Hoy dia, microscopios cada vez más potentes nos permiten ver el interior de las células y tejidos de los organismos vivos, tanto en el mundo de los microorganismos como en la naturaleza inanimada.

Pero incluso los mejores microscopios tienen sus límites. "Para poder observar estructuras y procesos hasta el nivel de nanoescala y por debajo, necesitamos nuevos métodos y tecnologías, "dice el Dr. Silvio Fuchs del Instituto de Óptica y Electrónica Cuántica de la Universidad de Jena. Esto se aplica en particular a áreas tecnológicas como la investigación de materiales o el procesamiento de datos". En estos días, componentes electrónicos, Los chips o circuitos de computadora son cada vez más pequeños, "agrega Fuchs. Junto con sus colegas, ahora ha desarrollado un método que hace posible mostrar y estudiar tan pequeños, estructuras complejas e incluso "ver dentro" de ellas sin destruirlas. En el número actual de la revista científica Optica , los investigadores presentan su método, la tomografía de coherencia con luz ultravioleta extrema (XCT, por sus siglas en inglés), y muestran su potencial en la investigación y la aplicación.

La luz penetra en la muestra y es reflejada por estructuras internas.

El procedimiento de imagen se basa en la tomografía de coherencia óptica (OCT), que se ha establecido en oftalmología durante varios años, explica el candidato a doctorado Felix Wiesner, el autor principal del estudio. "Estos dispositivos se han desarrollado para examinar la retina del ojo de forma no invasiva, capa por capa, para crear imágenes tridimensionales ". En el oftalmólogo, OCT utiliza luz infrarroja para iluminar la retina. La radiación se selecciona de tal manera que el tejido a examinar no la absorba con demasiada fuerza y ​​pueda ser reflejada por las estructuras internas. Sin embargo, Los físicos de Jena utilizan luz ultravioleta de onda extremadamente corta en lugar de luz infrarroja de onda larga para su OCT. "Esto se debe al tamaño de las estructuras que queremos fotografiar, ", dice Felix Wiesner. Para analizar los materiales semiconductores con tamaños de estructura de solo unos pocos nanómetros, se necesita luz con una longitud de onda de sólo unos pocos nanómetros.

El efecto óptico no lineal genera luz ultravioleta coherente de onda extremadamente corta

La generación de luz ultravioleta de onda extremadamente corta (XUV) solía ser un desafío y casi solo era posible en instalaciones de investigación a gran escala. Físicos de Jena, sin embargo, Genere XUV de banda ancha en un laboratorio ordinario y utilice los llamados armónicos altos para este propósito. Esta es una radiación que se produce por la interacción de la luz láser con un medio y tiene una frecuencia muchas veces mayor que la de la luz original. Cuanto mayor sea el orden armónico, cuanto más corta sea la longitud de onda resultante. "De este modo, generamos luz con una longitud de onda de entre 10 y 80 nanómetros utilizando láseres infrarrojos, "explica el profesor Gerhard Paulus, Catedrático de Óptica no lineal en la Universidad de Jena. "Como la luz láser irradiada, la luz XUV de banda ancha resultante también es coherente, lo que significa que tiene propiedades similares a las del láser ".

En el trabajo descrito en su artículo actual, los físicos expusieron estructuras de capas nanoscópicas en silicio a la radiación XUV coherente y analizaron la luz reflejada. Las muestras de silicio contenían capas delgadas de otros metales, como titanio o plata, a diferentes profundidades. Debido a que estos materiales tienen diferentes propiedades reflectantes del silicio, pueden detectarse en la radiación reflejada. El método es tan preciso que no solo se puede mostrar la estructura profunda de las pequeñas muestras con precisión nanométrica, pero, debido al diferente comportamiento reflectante, la composición química de las muestras también se puede determinar con precisión y, sobre todo, de una manera no destructiva. "Esto hace que la tomografía de coherencia sea una aplicación interesante para inspeccionar semiconductores, células solares o componentes ópticos multicapa, "dice Paulus. Podría utilizarse para el control de calidad en el proceso de fabricación de tales nanomateriales, para detectar defectos internos o impurezas químicas.