ハイパー レンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ

Summary

ハイパー レンズの使用は、リアルタイム画像と従来の光学系と、単純な実装の利点による新規超解像イメージング技術としてみなされています。ここでは、作製を記述するおよびイメージング球状ハイパー レンズのアプリケーション プロトコルを提案する.

Abstract

超解像の従来の顕微鏡回折限界を克服するために画像の使用は、生物学、ナノテクノロジーの研究者の興味を集めています。近接場走査型顕微鏡と superlenses は、近傍領域の解像度を改善している、リアルタイムで遠方電界イメージングまま重要な課題になります。最近では、拡大し、波の伝播にエバネッ セント波を変換、ハイパー レンズは遠方電界イメージングへの新しいアプローチとして浮上しています。ここでは、銀 (Ag) とチタン (TiO₂) 酸化物薄膜を交互で構成される球状ハイパー レンズの作製を報告します。従来の円筒形のハイパー レンズとは異なり球状ハイパー レンズ二次元拡大が可能です。したがって、従来の顕微鏡への取り込みは簡単です。新しい光学システム、ハイパー レンズと統合を提案することで、サブ波長画像でリアルタイムに遠方界領域で取得することができます。本研究で作製とイメージングのセットアップ方法は詳細に説明しました。この作品は、アクセシビリティと、ハイパー レンズの可能性だけでなく、細胞生物学、ナノテクノロジーの革命につながるのリアルタイム イメージングの実用的なアプリケーションにも説明します。

Introduction

顕微鏡の発明につながったの細胞内の生体分子を観察する欲求および顕微鏡の出現は、最後の数世紀以上生物学、病理学および材料科学など様々 な分野の革命を伝達されます。しかし、研究のさらなる進展は約従来の顕微鏡の解像度を制限する回折によって制限されている波長¹の半分。したがって、超解像度イメージング回折限界を克服するためには、最近数十年で興味深い研究領域をされています。

回折限界はオブジェクトのサブ波長情報を含むエバネッ セント波の損失に起因すると、エバネッ セント波が消えていくを防ぐためにまたはそれらの^2,3を回復する初期の研究が行われています。回折限界を克服するために努力は、近接場光学顕微鏡、消費²される前にオブジェクトに近接エバネッ セント場を収集すると初めて報告されました。ただし、全体イメージ領域をスキャンし、それを再構築にかかる時間が長いと、リアルタイム イメージングに適用できません。「スーパー」エバネッ セント波を増幅するに基づいて別のアプローチは、リアルタイム イメージングの可能性を提供します、サブ波長イメージングは近傍領域でのみ可能なオブジェクト^4,をはるかに超えてに到達できません。

Protocol

1 です。 基板の準備

1. 取得が高い水晶ウェハを洗練されました。報告作製のためここでは、500 μ m の厚みでウェーハを使用します
。
2. スピンコートで 2,000 rpm と 60 焼くポジ型フォトレジストによる石英ウエハ s 90 ° C
   注: ポジ型フォトレジスト層以降切削手順中に破損しないようにコーティングされています
。
3. サイズの小片 20 × 20 mm ² にフォトレジストでウェハをカットするダイシング マシンを使用します
。
4. 切削手順から生じる粒子を削除する圧縮窒素銃を使用して爆破します
。
5. イオン交換 (DI) 水 45 で 5 分間の超音波風呂に配置 ° C. 削除 45 で 5 分間アセトン超音波浴を用いたフォトレジスト層 ° c. きれいに 2 つの超音波風呂、アセトン、イソプロピル アルコール、それぞれで 5 分間を用いた基板45 ° C
6. 乾燥した圧縮窒素銃を持つ基板
。

2。マスク パターンをエッチング

1. ロード クリーン石英基板上に高真空電子ビーム蒸着装置。基板回転が有効になっていることを確認します
。
2. は、2 の成膜速度とクロム層を堆積 Å/秒
   注: 少なくとも 100 nm 厚層はエッチング マスク蒸着製ピンホールを防ぐために堆積する....

Results

サブ回折機能を解決するハイパー レンズ装置の機能では、均一性と高品質の製作を依存しています。ここでは、ハイパー レンズは、交互に堆積した Ag と TiO₂の多層で構成されます。図 2 aは、よく作られたハイパー レンズ¹⁷の SEM 像を示しています。断面の図では、Ag および Ti₃O₅薄膜の多層膜が半球状石英基板に均一な厚さに堆積されています。最終的なハイパー レンズ構造の表面粗さより少しにより 1.5 nm ルート二乗 (r.m.s) です。

我々 は誘電体として Ti₃O₅の代わりに TiO₂を使用、高屈折率 2 以上がある、両方の材料が効果的な双曲線分散銀が詰まったときに上昇を与えるので。.......

Discussion

ハイパー レンズの作製には 3 つの主要な手順が含まれています: とか電子ビーム蒸発システムを用いた金属/誘電体多層膜を積層エッチング プロセスにより石英基板に半球のジオメトリを定義する、Cr のレイヤーのオブジェクト。ハイパー レンズの品質に大きく影響する可能性が、最も重要なステップは、2 番目です。薄膜成膜プロセスに明確な超解像イメージの特別なケアを必要とする 2 つの条件があります。多層膜の非等角の蒸着は、完璧な球形の形から逸脱につながるとは、重要な問題の 1 つは共多層膜を積層します。成膜がない場合センターで膜厚を十分にゆっくりし、半球形状のエッジでは電子ビーム蒸着法の角度の性質により異なる傾向があります。空間的に異なる膜厚依存空間的拡大を生じさせると画像の歪みが発生します。したがって、等角積層を達成するために (より小さい 0.1 nm/秒) をできるだけ遅くフィルム成膜速度必要があります。

粗面は、光散乱の確率を高めるので、不完全なイメージを引き出すことができるもう一つの可能な要因は表面粗さです。それは、高い表面エネルギー材料の薄層の包含がシルバー

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
集束イオンビームフライス盤	FEI	Helios Nanolab G3 CX
Eビーム蒸着システム	Korea Vacuum Tech	KVE-E4000
走査型電子顕微鏡	日立	SU6600
倒立顕微鏡	Zeiss	Axiovert 200
光源	EXCELITAS Technologies	X-Cite 110 LED
バンドパスフィルター		Chroma ET405/30M
対物レンズ	ツァイス	プランアポクロマート	NA=1.3, 100X
CCDカメラ	Andor	Zyla 4.2
クォーツウェーハ	CORNING	溶融シリカ コーニング 7980
緩衝酸化膜エッチング液	J.T.ベイカー TM	J.T.Baker 5175
フォトレジスト	AZ エレクトロニック材料	GXR-601 PR
クロムエッチング液	SIGMA-ALDRICH	651826
Aceton	J.T Baker TM	UN1090
イソプロピルアルコール	J.T Baker TM	UN1219
FEMシミュレーションツール	COMSOL 5.1 マルチフィジックス