A luz ultravioleta extrema (EUV) em microscopia oferece a vantagem de se obter uma imagem de alta resolução combinada com informações espectrais sobre o objeto em estudo. Contudo, porque a microscopia EUV usa difração em vez de lentes, a geração de imagens com mais de um comprimento de onda é um desafio. Pesquisadores da ARCNL e Vrije Universiteit Amsterdam encontraram uma solução ao projetar uma nova classe de elementos ópticos difrativos para luz EUV. Seus resultados oferecem possibilidades de melhorar as fontes de luz e os elementos ópticos em microscopia EUV, pavimentando o caminho para o uso generalizado da técnica em nanociência. Em 25 de janeiro, eles publicaram seus resultados na revista. Optica .

A microscopia EUV preenche o nicho entre as imagens com luz visível, que não fornece os detalhes de escala nanométrica necessários em nanociências ou imagens biológicas, e métodos de imagem como microscopia eletrônica, que fornece ainda mais detalhes, mas às vezes é inadequado porque precisa de resfriamento criogênico e preparação cuidadosa da amostra. Além disso, devido à sua forte interação com a matéria, A luz EUV é muito útil para medições de espectroscopia, revelando as propriedades do material de uma amostra.

Contudo, a microscopia EUV de mesa ainda apresenta alguns desafios. "Um problema muito prático com o uso de luz EUV para fins de imagem é que quase todo material na Terra absorve a maior parte da radiação. Portanto, não podemos usar lentes para focar a luz EUV, "diz o líder do grupo ARCNL Stefan Witte." Mas, podemos usar difração. Se você enviar luz através de um objeto com fendas, ele vai se dobrar. Se as fendas estiverem dispostas da maneira certa, é possível focalizar a radiação, da mesma forma que você focalizaria a luz visível com uma lente. "

Zoneplates em vez de lentes

A luz EUV pode ser focada com um chamado zoneado de Fresnel, um disco com um padrão circular de fendas que difrata a luz. Uma propriedade inerente da difração, Contudo, é que o ângulo de difração depende do comprimento de onda. Witte:"Usamos uma fonte coerente que contém um amplo espectro de luz na faixa de EUV. Com uma placa de zona convencional, isso resulta em diferentes pontos de foco para cada comprimento de onda no feixe, mas só podemos usar um deles sem ter que mover a amostra. Além disso, é impossível coletar dados espectrais de uma amostra quando você envia apenas um comprimento de onda de luz através dela. As propriedades do material da amostra que poderíamos revelar com espectroscopia EUV, portanto, permanecem ocultas. "

Otimização

Lars Loetgering e Kevin Liu, ambos os cientistas do grupo de Witte, encontrou uma solução um tanto contra-intuitiva para este problema. Embora uma placa de zona perfeita ofereça pontos de foco distintos, pequenas falhas ou irregularidades no padrão circular das fendas farão com que o foco fique manchado na direção do feixe. Os pesquisadores perceberam que poderiam usar essas 'manchas' de foco confuso a seu favor. "As manchas de foco também são alteradas para cada comprimento de onda no espectro, mas eles se sobrepõem um pouco, "diz Witte." Fizemos um modelo para calcular o zoneamento ideal, em que um mínimo de irregularidades - ou entropia na estrutura - resulta em uma sobreposição máxima das manchas de foco. Com isso, podemos obter o máximo da luz EUV disponível e também tirar proveito da sensibilidade espectral da imagem EUV, coletando dados de até nove comprimentos de onda diferentes. "

Tempos emocionantes pela frente

Witte e sua equipe testaram seus zoneplates "imperfeitos" em simulações e experimentos e estão entusiasmados com os resultados. "Este novo tipo de elementos ópticos difrativos não está apenas abrindo caminho para o uso generalizado da microscopia EUV de mesa, mas também podemos usá-lo para dar um passo atrás e tentar tornar nossas fontes EUV mais eficientes, "ele diz." Estamos procurando a combinação ideal de luz e difração, que pode ser diferente dependendo das informações que você está procurando. "

Witte espera que os próximos anos sejam cruciais para um uso mais amplo da microscopia EUV em nanociências; “a técnica atualmente é limitada pela eficiência das fontes e pela restrição à radiação de comprimento de onda único. Ainda há muito trabalho a ser feito, mas, com nossa abordagem, espero que possamos otimizar ainda mais a técnica para que possa ser usada em metrologia ou ciência dos materiais. Por exemplo, pesquisadores que agora dependem de grandes instalações de síncrotron poderão fazer seus experimentos em seu próprio laboratório com um microscópio de mesa EUV. "