הפגנה של מיקרוסקופ משולבת Hyperlens וכן הדמיה ברזולוציה סופר

המטרה הכוללת של הליך ניסיוני זה היא להדגים את תהליך הייצור והדמיית תת-עקיפה של מכשיר ההיפר-עדשה הדו-ממדי. לטכניקת הדמיה חדשנית זו ברזולוציה גבוהה יש את היתרונות של הדמיה בזמן אמת ויישום פשוט לאופטיקה קונבנציונלית. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלת מפתח בתחום הדמיה ברזולוציה גבוהה כגון הדמיית תא חי וננו-חלקיקים דינמיים מתחת לגבול השבר.

ההיפר-עדשה היא עדשה כדורית מיוחדת בעלת מבנה רב שכבתי בעלת פיזור היפרבולי שטוח התומך בהגדלה של מידע בתדר גבוה ורזולוציה של אופטיקה דומה בשדה הרחוק בזמן אמת. היתרון העיקרי של ההיפר-עדשה הכדורית הוא שהיא יכולה להגדיל מידע דו-ממדי בתדרים גלויים. ניתן לשלב בקלות היפר-עדשה כדורית במיקרוסקופיה קונבנציונלית ללא מערכת מורכבת נוספת.

ידגימו את ההליך דאסול לי ואינקי קים שהם סטודנטים לתארים מתקדמים במעבדה שלי. כדי להתחיל, סובבו את פרוסת הקוורץ בפוטו-רזיסט חיובי ב-2,000 סל"ד ואפו במשך 60 שניות בחום של 90 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, השתמש במכונת חיתוך כדי לחתוך את הוופל עם פוטו-רזיסט לחתיכות קטנות בגודל 20 על 20 מילימטרים רבועים.

פוצצו את החלקים באמצעות אקדח חנקן דחוס כדי להסיר את כל החלקיקים הנובעים משלב החיתוך. לאחר מכן, הכניסו את הוופל החתוך לאמבט קולי של מים נטולי יונים למשך חמש דקות בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס. הסר את שכבת הפוטו-רזיסט באמצעות אמבט קולי של אצטון למשך חמש דקות בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס.

לאחר מכן, נקו את המצע על ידי הכנסתו לאמבט קולי איזופרופיל אלכוהול למשך חמש דקות בטמפרטורה של 45 מעלות צלזיוס. יבש את המצע בעזרת אקדח חנקן דחוס. כדי לחרוט את דפוס המסכה, טען תחילה את מצעי הקוורץ הנקיים למערכת אידוי קרן אלקטרונים בוואקום גבוה.

הפקידו את שכבת הכרום בקצב שקיעה של שני אנגסטרומים לשנייה. לחץ על לחצן האוורור כדי לאוורר את החדר. התקן דגימה על קרן היונים הממוקדת או מחזיק ה-FIB באמצעות סרט נחושת מוליך.

לאחר מכן, טען את מחזיק ה-FIB לתוך תא ה-FIB. סגור את דלת החדר ולחץ על לחצן המשאבה כדי לפנות את החדר. בחר Beam On תחת לשונית בקרת האלומה והגדר את זרם קרן היונים ואת מתח התאוצה עבור מצב FIB.

הפעל את מערכת קרן היונים. בחר Beam On תחת לשונית בקרת האלומה כדי להפעיל את אלומת האלקטרונים ולמקד את התמונה בהגדלה נמוכה באמצעות תוכנה. לאחר מכן, הגדר את מרחק העבודה לארבעה מילימטרים תחת לשונית הניווט במצב מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

הגדר את זווית ההטיה של המחזיק ל-52 מעלות וצלם את תמונות ה-SEM בהגדלות שונות לפני ייצור דפוס מסיכת מערך החורים. תחת לשונית התבנית, בחר את אזור הדפוס וצור מערך חורים של 50 ננומטר על שכבת הכרום. לאחר הסיום, כבה את מערכות קרן האלקטרונים וקרן היונים וקרר אותן.

מקדים את כפתור האוורור כדי לאוורר את החדר בגז חנקן. לאחר מכן, הוצא את המחזיק מהחדר. לאחר מכן, הכניסו את המצע המעוצב לתוך תחריט תחמוצת חוצץ אחד עד 10 למשך חמש דקות.

הכניסו את המצע המעוצב למים נטולי יונים כדי לנקות את תחריט התחמוצת המאגר. לאחר מכן, יבש את הדגימה בגז חנקן דחוס. הכניסו את המצע המעוצב לתחריט כרום כדי להסיר את שכבת מסכת הכרום.

לבסוף, הכניסו את המצע המעוצב למים נטולי יונים למשך חמש דקות כדי לנקות אותו. לחץ על לחצן האוורור של מערכת אידוי קרן האלקטרונים והמתן עד שהאוורור יסתיים. לאחר מכן, טען את המצע המעוצב למערכת אידוי קרן אלקטרונים בוואקום גבוה לאחר האוורור.

סגור את דלת החדר ופנה את החדר על ידי לחיצה על לחצן המשאבה. הפקידו את שכבת הכסף בקצב גידול של אנגסטרום אחד לשנייה והפקידו שכבת כסף בעובי 15 ננומטר. לאחר שקיעת שכבת הכסף, יש לקרר את המצע למשך חמש דקות.

שנה את הכיס של מערכת אידוי קרן האלקטרונים על ידי בחירת כור היתוך אחר והפקיד את שכבת תחמוצת הטיטניום בקצב צמיחה של אנגסטרום אחד לשנייה. לאחר מכן, הפקידו שכבת תחמוצת טיטניום בעובי 15 ננומטר. לאחר שקיעת שכבת תחמוצת הטיטניום, יש לקרר את המצע למשך חמש דקות.

חזור על שלבי התצהיר במשך עשרות מחזורים כדי להפקיד רב שכבתי של תחמוצת כסף וטיטניום. החלף את הכיס של מערכת אידוי קרן האלקטרונים והפקיד את שכבת הכרום בעובי של 50 ננומטר. לאחר שקיעת שכבת כרום, כבה את מערכת אידוי קרן האלקטרונים.

לחץ על לחצן האוורור ואוורר את התא על ידי הכנסת גז חנקן. לאחר האוורור, פתח את דלת החדר והוציא את מחזיק התושבת מהתא. הסר את מכשיר ההיפר-עדשה המפוברק.

לאחר מכן, סגור את דלת החדר ופנה את החדר על ידי לחיצה על כפתור המשאבה. התקן את ההיפר-עדשה המופקדת בכרום למערכת כרסום FIB ודפוס מבנה בגודל ננו לפי הוראות היצרן. לאחר מכן, הנח מיקרוסקופ אופטי קונבנציונאלי מסוג שידור על השולחן האופטי.

חבר מקור אור לבן לנתיב התאורה של המיקרוסקופ באמצעות מתאם. הנח מסנן פס פס אופטי שבמרכזו 410 ננומטר. בחר עדשת אובייקט טבילה בשמן בהגדלה גבוהה והשתמש במצלמת CCD באיכות גבוהה כדי להשיג את התמונות.

הניחו טיפת שמן טבילה על עדשת האובייקטיב. לבסוף, הנח היפר-עדשה על שלב הדגימה וצלם את התמונות. מוצגת כאן היפר-עדשה המורכבת מרב שכבות של תחמוצת כסף וטיטניום המופקדות לסירוגין.

תמונת החתך מראה כי הסרט הדק הרב-שכבתי של תחמוצת הכסף והטיטניום מופקד בעובי אחיד על מצע הקוורץ החצי כדורי. להיפר-עדשה המורכבת מתחמוצת כסף וטיטניום יש ביצועים נהדרים באורך גל של 410 ננומטר מכיוון שליחס הפיזור של הרב-שכבות המוערמות יש עקומת פיזור היפרבולית כפי שמוצג כאן. רכיבי וקטור גל מרחבי גבוהים יכולים להתפשט לאורך הכיוון הרדיאלי של ההיפר-עדשה.

התכונות הקטנות בעלות רכיבים בתדר גבוה שלא ניתן ללכוד על ידי אופטיקה קונבנציונלית יכולות להתפשט לשדה הרחוק דרך ההיפר-עדשה כפי שמחושב על ידי הדמיית אלמנטים סופיים. לאחר הייצור, ניתן לשלב את ההיפר-עדשה במערכת המיקרוסקופ הקונבנציונלית כפי שמוצג בסכימה פשוטה זו של מערכת הדמיית ההיפר-עדשה. ההיפר-עדשה מונחת על עדשת האובייקט.

להדגמת ההיפר-עדשה, דפוס מלאכותי רשום על המשטח הפנימי של ההיפר-עדשה. התוצאות מציגות את התמונות שצולמו באמצעות ההיפר-עדשה. גדלי הפער הם בין 160 ננומטר ל-180 ננומטר בכל מקרה.

התכונות המוגבלות של תת-עקיפה נפתרות וניתן לאשר את כוח הפתרון העל של ההיפר-עדשה. פיתוח ההיפרלנס סלל את הדרך לטכניקת הדמיה ברזולוציה גבוהה לחקר מנגנון ביומולקולות בגודל ננומטרי וננו-חלקיקים אנאורגניים. לאחר צפייה בסרטון זה, ייתכן שתהיה לך הבנה טובה כיצד לייצר היפר-עדשה באיכות גבוהה ולהגדיר מערכת הדמיה ברזולוציה גבוהה משלך.

אנו מצפים שטכניקת ההיפר-עדשה תשתפר מבחינה מעשית על ידי אימוץ שיטת ייצור ניתנת להרחבה ושחזור. ההיפר-עדשה תאפשר למדענים לצפות בדינמיקה ביופיזיקלית המתרחשת בקנה מידה ננומטרי בזמן אמת ולעבוד כהדמיה ברזולוציה גבוהה של הדור הבא ביישומים שונים כגון ביולוגיה, מדעי הרפואה, מדעי החומרים וננוטכנולוגיה.