As imagens fornecem informações - o que podemos observar com nossos próprios olhos nos permite entender. Expandir constantemente o campo de percepção em dimensões que estão inicialmente ocultas a olho nu, impulsiona a ciência para a frente. Hoje, microscópios cada vez mais poderosos permitem-nos ver as células e tecidos dos organismos vivos, no mundo dos microrganismos, bem como na natureza inanimada.

Mas mesmo os melhores microscópios têm seus limites. "Para ser capaz de observar estruturas e processos em nanoescala e abaixo, precisamos de novos métodos e tecnologias, "diz o Dr. Silvio Fuchs, do Instituto de Óptica e Eletrônica Quântica da Universidade de Jena. Isso se aplica em particular às áreas tecnológicas, como pesquisa de materiais ou processamento de dados." componentes eletrônicos, chips ou circuitos de computador estão se tornando cada vez mais pequenos, "acrescenta Fuchs. Juntamente com os colegas, ele agora desenvolveu um método que torna possível exibir e estudar tão minúsculos, estruturas complexas e até mesmo "ver dentro" delas sem destruí-las. Na edição atual da revista científica Optica , os pesquisadores apresentam seu método - tomografia de coerência com luz ultravioleta extrema (abreviação XCT) - e mostram seu potencial em pesquisa e aplicação.

A luz penetra na amostra e é refletida por estruturas internas

O procedimento de imagem é baseado na tomografia de coerência óptica (OCT), que se estabeleceu na oftalmologia há vários anos, explica o doutorando Felix Wiesner, o principal autor do estudo. "Esses dispositivos foram desenvolvidos para examinar a retina do olho de forma não invasiva, camada por camada, para criar imagens tridimensionais. "No oftalmologista, OCT usa luz infravermelha para iluminar a retina. A radiação é selecionada de forma que o tecido a ser examinado não a absorva com muita força e possa ser refletida pelas estruturas internas. Contudo, os físicos em Jena usam luz ultravioleta de ondas extremamente curtas em vez de luz infravermelha de ondas longas para sua OCT. "Isso se deve ao tamanho das estruturas que queremos criar, "diz Felix Wiesner. Para analisar materiais semicondutores com tamanhos de estrutura de apenas alguns nanômetros, luz com um comprimento de onda de apenas alguns nanômetros é necessária.

O efeito óptico não linear gera luz UV de onda extremamente curta e coerente

Gerar essa luz ultravioleta de ondas extremamente curtas (XUV) costumava ser um desafio e quase só era possível em instalações de pesquisa em grande escala. Físicos Jena, Contudo, gerar XUV de banda larga em um laboratório comum e usar o que é chamado de harmônicos elevados para esse propósito. Esta é a radiação produzida pela interação da luz do laser com um meio e tem uma freqüência muitas vezes maior que a luz original. Quanto maior a ordem harmônica, quanto menor o comprimento de onda resultante. "Desta maneira, geramos luz com um comprimento de onda entre 10 e 80 nanômetros usando lasers infravermelhos, "explica o Prof. Gerhard Paulus, Professor de Óptica Não Linear da Universidade de Jena. "Como a luz do laser irradiado, a luz XUV de banda larga resultante também é coerente, o que significa que ele tem propriedades semelhantes às do laser. "

No trabalho descrito em seu artigo atual, os físicos expuseram estruturas de camadas nanoscópicas em silício à radiação XUV coerente e analisaram a luz refletida. As amostras de silício continham camadas finas de outros metais, como titânio ou prata, em diferentes profundidades. Como esses materiais têm propriedades reflexivas diferentes do silício, eles podem ser detectados na radiação refletida. O método é tão preciso que não apenas a estrutura profunda das minúsculas amostras pode ser exibida com precisão nanométrica, mas - devido ao comportamento reflexivo diferente - a composição química das amostras também pode ser determinada com precisão e, sobre tudo, de uma forma não destrutiva. "Isso torna a tomografia de coerência uma aplicação interessante para inspecionar semicondutores, células solares ou componentes ópticos multicamadas, "diz Paulus. Poderia ser usado para controle de qualidade no processo de fabricação desses nanomateriais, para detectar defeitos internos ou impurezas químicas.