La luce ultravioletta estrema (EUV) in microscopia offre il vantaggio di ottenere un'immagine ad alta risoluzione combinata con informazioni spettrali sull'oggetto in esame. Però, perché la microscopia EUV utilizza la diffrazione invece delle lenti, l'imaging con più di una lunghezza d'onda è impegnativo. I ricercatori dell'ARCNL e della Vrije Universiteit Amsterdam hanno trovato una soluzione progettando una nuova classe di elementi ottici diffrattivi per la luce EUV. I loro risultati offrono possibilità di migliorare sia le sorgenti luminose che gli elementi ottici nella microscopia EUV, aprendo la strada a un uso diffuso della tecnica nella nanoscienza. Il 25 gennaio hanno pubblicato i risultati sulla rivista ottica .

La microscopia EUV riempie la nicchia tra l'imaging con luce visibile, che non fornisce i dettagli su scala nanometrica necessari nella nanoscienza o nell'imaging biologico, e metodi di imaging come la microscopia elettronica, che fornisce ancora più dettagli ma a volte è inadatto perché necessita di raffreddamento criogenico e un'attenta preparazione del campione. Oltre a ciò, per la sua forte interazione con la materia, La luce EUV è molto utile per le misurazioni spettroscopiche che rivelano le proprietà del materiale di un campione.

Però, la microscopia EUV da tavolo pone ancora alcune sfide. "Un problema molto pratico con l'utilizzo della luce EUV per scopi di imaging è che quasi ogni materiale sulla terra assorbe la maggior parte delle radiazioni. Pertanto, non possiamo usare lenti per mettere a fuoco la luce EUV, ", afferma il capogruppo dell'ARCNL Stefan Witte. "Ma, possiamo usare la diffrazione. Se invii luce attraverso un oggetto con fessure, si piegherà. Se le fessure sono disposte nel modo giusto, è possibile focalizzare la radiazione, proprio come metteresti a fuoco la luce visibile con un obiettivo."

Zoneplate al posto delle lenti

La luce EUV può essere focalizzata con una cosiddetta zonaplate di Fresnel, un disco con un motivo circolare di fessure che diffrange la luce. Una proprietà intrinseca della diffrazione, però, è che l'angolo di diffrazione dipende dalla lunghezza d'onda. Witte:"Utilizziamo una sorgente coerente che contiene un ampio spettro di luce nella gamma EUV. Con una piastra convenzionale, ciò si traduce in punti di messa a fuoco diversi per ciascuna lunghezza d'onda nel raggio, ma possiamo usarne solo uno senza dover spostare il campione. Inoltre, è impossibile raccogliere dati spettrali di un campione quando si invia solo una lunghezza d'onda della luce attraverso di esso. Le proprietà del materiale del campione che potremmo svelare con la spettroscopia EUV rimangono quindi nascoste".

Ottimizzazione

Lars Loetgering e Kevin Liu, entrambi scienziati del gruppo di Witte, trovato una soluzione alquanto controintuitiva a questo problema. Mentre una piastra a zone perfetta offre punti di messa a fuoco distinti, difetti minori o irregolarità nello schema circolare delle fenditure causeranno la macchiatura del fuoco nella direzione del raggio. I ricercatori si sono resi conto che potevano usare queste "macchie" disordinate di messa a fuoco a loro vantaggio. "Anche le macchie di messa a fuoco vengono spostate per ciascuna lunghezza d'onda nello spettro, ma si sovrappongono un po', " dice Witte. "Abbiamo fatto un modello per calcolare la zona ottimale, in cui un minimo di irregolarità - o entropia nella struttura - si traduce in una massima sovrapposizione dei focus smear. Con quello, possiamo ottenere il massimo dalla luce EUV disponibile e anche sfruttare la sensibilità spettrale dell'imaging EUV raccogliendo i dati da un massimo di nove diverse lunghezze d'onda".

Ci aspettano tempi entusiasmanti

Witte e il suo team hanno testato le loro zoneplate "imperfette" sia in simulazioni che in esperimenti e sono entusiasti dei risultati. "Questo nuovo tipo di elementi ottici diffrattivi non sta solo aprendo la strada all'uso diffuso della microscopia EUV da tavolo, ma possiamo anche usarlo per fare un passo indietro e cercare di rendere le nostre fonti EUV più efficienti, " dice. "Stiamo cercando la combinazione ideale di luce e diffrazione, che può essere diverso a seconda delle informazioni che stai cercando."

Witte prevede che gli anni a venire saranno cruciali per un uso più ampio della microscopia EUV nella nanoscienza; "la tecnica è attualmente limitata dall'efficienza delle sorgenti e dalla restrizione alla radiazione a singola lunghezza d'onda. C'è ancora molto lavoro da fare, ma con il nostro approccio mi aspetto che possiamo ottimizzare ulteriormente la tecnica in modo che possa essere utilizzata in metrologia o scienza dei materiali. Per esempio, i ricercatori che ora dipendono da grandi strutture di sincrotrone saranno in grado di fare i loro esperimenti nel proprio laboratorio con un microscopio EUV da tavolo".