Gösteri bir mikroskop Hyperlens entegre ve süper kararlılık düşsel

* These authors contributed equally
Published 9/08/2017
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Bir hyperlens kullanımı gerçek zamanlı görüntüleme ve basit uygulanması geleneksel optik ile sağladığı avantajlar nedeniyle bir roman süper çözünürlük görüntüleme tekniği olarak kabul edilmiştir. Burada, bir protokol fabrikasyon açıklayan ve görüntüleme uygulamalarında küresel bir hyperlens mevcut.

Cite this Article

Copy Citation

Lee, D., Kim, M., So, S., Kim, I., Yoon, G., Kim, K., et al. Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging. J. Vis. Exp. (127), e55968, doi:10.3791/55968 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Süper çözünürlük geleneksel mikroskobu kırınım sınırını aşmak için Imaging kullanımı Biyoloji ve nanoteknoloji araştırmacılar olan ilgisini çekti. Her ne kadar yakın alan tarama mikroskobu ve superlenses yakın alan bölge çözünürlüğünde düzeldi, uzakta-tarla görüntüleme gerçek zamanlı olarak önemli bir meydan okuma kalır. Son zamanlarda, büyütür ve fani dalgalar dalgaları yayılıyor içine dönüştürür, hyperlens, uzakta-tarla görüntüleme için yeni bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Burada, Gümüş (Ag) ve titanyum oksit (TiO2) ince tabakalar alternatif oluşan küresel bir hyperlens üretim raporu. Geleneksel silindirik hyperlens farklı olarak, küresel hyperlens için iki boyutlu büyütme sağlar. Böylece, geleneksel mikroskobu içine birleşme basittir. Yeni bir optik sistemi hyperlens ile entegre, gerçek zamanlı olarak uzakta-tarla bölgede elde edilecek bir alt dalga boyu görüntü için izin teklif edilir. Bu çalışmada, imalat ve görüntüleme kurulum yöntemleri ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bu eser erişilebilirlik ve hyperlens olasılığı, hem de bir devrim Biyoloji ve nanoteknoloji yol açabilir canlı hücreler gerçek zamanlı görüntüleme pratik uygulamaları açıklanmaktadır.

Introduction

Biomolecules canlı hücreler içinde gözlemlemek için bir arzu mikroskobu icat için yol ve mikroskopi gelişiyle biyoloji, patoloji ve malzeme bilimi, gibi çeşitli alanlarda devrim üzerinde son birkaç yüzyıl yayılır. Ancak, daha fazla araştırma ilerlemesi hakkında geleneksel mikroskoplar çözümlenmesini sınırlar kırınım tarafından sınırlı yarım dalga boyu1. Bu nedenle, süper çözümü kırınım sınırını aşmak için görüntüleme ilginç bir araştırma alanı son yıllarda yapılmış.

Kırınım sınırı nesnelerin alt dalga boyu bilgi içeren fani dalgalar kaybı atfedilir gibi fani dalgalar uzaklıktadır Soluklaşan tutmak için ya da onları2,3kurtarmak için ilk çalışmalar yapılmıştır. Kırınım sınırını aşmak için çaba ilk yakın harcanmış2önce hangi yakın nesneye fani alanı toplar optik mikroskobu tarama alan ile bildirildi. Ancak, resmin tamamını bölge tarama ve bu yeniden yapılandırma uzun bir zaman alır gibi gerçek zamanlı görüntüleme için uygulanamaz. Başka bir yaklaşım "hangi fani dalgalar güçlendirir, superlens," tabanlı gerçek zamanlı görüntüleme imkanı sağlamakla birlikte, alt dalga boyu görüntüleme sadece yakın alan bölgede yeteneğine sahiptir ve uzak nesneleri4, ulaşamıyorum 5 , 6 , 7.

Son zamanlarda, hyperlens gerçek zamanlı uzakta-tarla optik görüntüleme8,9,10,11,12yeni bir yaklaşım olarak ortaya çıkmıştır. Böylece o aynı faz hızı yüksek mekansal bilgi çekmek son derece Anizotropik hiperbolik Metamalzemeler13yapılır, hyperlens, düz hiperbolik bir dağılım sergiler. Ayrıca, ivme koruma kanunu nedeniyle yüksek enine wavevector yavaş yavaş dalga silindirik geometri gider olarak sıkıştırılır. Büyütülen bu bilgileri böylece uzakta-tarla bölgesinde geleneksel mikroskop tarafından tespit edilebilir. O does değil istemek herhangi bir noktasına-tarama veya görüntü yeniden yapılanma gibi gerçek zamanlı uzakta-tarla görüntüleme için özellikle önem bu. Ayrıca, hyperlens görüntüleme nanolithography de dahil olmak üzere başka uygulamalar için kullanılabilir. Hyperlens ters yönde geçer ışık nedeniyle ters zaman simetrisi14,15,16alt kırınım alanı üzerine odaklı olacak.

Burada, biz iki boyutlu bilgi görünür frekansta büyüterek küresel bir hyperlens rapor. Geleneksel silindirik geometri, küresel hyperlens nesneleri pratik görüntüleme uygulamaları kolaylaştıran iki boyutta yanal, büyütür. Üretim yöntemi ve görüntüleme kurulumu hyperlens ile ayrıntılı bir yüksek kaliteli hyperlens üreme için sunulmaktadır. Bir alt dalga boyu nesnesi süper çözme gücünü kanıtlayan uğruna hyperlens üzerinde yazılı olduğu. Bu küçük özellikler yazıtlı nesnelerin hyperlens tarafından büyütülmüş doğrulanır. Böylece, açıkça çözümlenmiş görüntüler gerçek zamanlı uzakta-tarla bölgede elde edilir. Küresel hyperlens, bu yeni tip konvansiyonel mikroskobu ile entegrasyon kolaylığı ile biyoloji, patoloji ve genel Nanobilim yeni bir çağın önde gelen pratik düşsel kullanma imkanı sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. substrat hazırlık

  1. elde edilir son derece rafine kuvars gofret. Rapor imalat için al, bir gofret 500 µm kalınlık ile kullan..
  2. Spin-ceket ile 2000 rpm ve 60 fırında, olumlu bir fotorezist kuvars gofret s 90 ° C.
    Not: Sonraki kesme adımı sırasında zarar görmesini önlemek için olumlu fotorezist katmanı kaplanır.
  3. Boyutu küçük parçalar 20 x 20 mm 2 gofret fotorezist ile kesmek için küp şeklinde çekebilir.
  4. Kesme adımından kaynaklanan parçacıklar kaldırmak için sıkıştırılmış azot silah kullanma darbe.
  5. Yer de-iyonize (DI) su 45 5 min için bir ultrasonik banyo içinde ° C. Kaldır 45 5 min için aseton içinde bir ultrasonik banyo kullanarak fotorezist katman ° C. temiz belgili tanımlık substrate iki ultrasonik banyo, aseton ve izopropil alkol, her 5 min için kullanarak 45 ° C.
  6. Sıkıştırılmış azot silahla substrat kuru.

2. Maske desen gravür

  1. yük temiz kuvars yüzeylerde yüksek vakum elektron içine buharlaşma sistem ışınlayın. Substrat döndürme etkin olduğundan emin olun.
  2. Mevduat krom Katman 2 ifade oranıyla Å/s.
    Not: En az 100 nm-kalın bir tabaka ifade yapılan iğne delikleri önlemek gravür maskesi için yatırılır.
  3. İçin havalandırma düğmesine basın odası delik ve bir örnek odaklı iyon demeti (yalan) sahibi bakır Şerit iletken kullanarak monte.
  4. Yalan tutucu FIB odasına yük.
  5. Odası kapıyı kapat ve tahliye odası için pompa düğmesine basın.
  6. Seçin " üzerinde ışınlayın " ışını denetim sekmesi ve set altında iyon ışınla akım (7,7 pA) ve ivme gerilim (30 kV) FIB modu için.
  7. İyon demeti sisteminde açmak.
  8. Seçin " üzerinde ışınlayın " elektron ışını ve görüntü yazılımı kullanarak düşük büyütme ile odaklanmak için ışın denetim sekmesi altında.
  9. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) modunda gezinti sekmesi altında 4 mm çalışma mesafesi (WD) ayarlamak.
  10. Sahibi tilt açısını ayarlamak için 52 ° ve delik dizi maske desen imalat önce farklı büyüklüklerde SEM görüntüleri atın.
  11. Desenlendirme sekmesi altında desenlendirme Bölgesi'ni seçin ve bir 50 nm delik dizi krom katmanda olun.
    Not: Araçlar desenlendirme sekmesi altında erişilebilir biçimlenme basit vardır. Daha karmaşık geometri ve pozlama kontrolü bit eşlemler alma veya komut dosyaları oluşturma elde edilebilir.
  12. Bitirdikten sonra elektron ışını ve iyon kiriş sistemleri kapat ve sistemi serin.
  13. Havalandırma düğmesine basın ve azot gazı ile odası delik. Sahibi odadan alın.
  14. Odası kapıyı kapat ve odası pompa düğmesine basarak tahliye.

3. Islak-gravür süreci ve maske katmanının kaldırılması

  1. yerine 1:10 içine desenli yüzey arabelleğe alınmış 5 dakika süreyle oksit etchant
    Not: Kuvars seçerek ve isotropically ıslak-kazınmış tarafından etchant ve küresel bir şekil oluşturur. Lens şeklinde gravür maskesi ile elde edilebilir ve çapı hassas gravür süre tarafından kontrol edilir. Küresel bir daha şekli ile daha küçük bir desen çapı oluşturulması mümkündür. 1,5 µm-çapı Yarımküre 5 dk. içinde elde edilebilir
  2. Koymak desenli yüzey (5 dk, iki kere) tampon oksit etchant temizlemek için DI suya.
    Not: Tamponlu oksit etchant tehlikeli, bu yüzden bu etchant kullanırken dikkatli olun.
  3. Sıkıştırılmış azot gazı ile örnek kuru.
  4. Koymak desenli yüzey CR-7 krom etchant krom Maske katmanı kaldırmak için.
    Not: krom katman kaldırdıktan sonra çapı bir küresel desenli yüzey 1,5 µm elde edilebilir.
  5. Desenli yüzey (5 dk) temizlemek için DI suya koymak.

4. Çok katmanlı ifade ve Nano boyutlu nesne yazıt

Not: katmanları bir çift küresel kuvars substrat yatırılır. Burada, Ag ve TiO 2 ifade malzemesi olarak kullanılır. AG ve TiO 2 yatırılır dönüşümlü olarak 15 kalınlığı nm.

  1. Elektron ışını buharlaşma sistem havalandırma düğmesine basın ve havalandırmaya bitinceye kadar bekleyin.
  2. Desenli yüzey yüksek vakum elektron ışını buharlaşma sisteme yük sonra havalandırma.
  3. Odası kapıyı kapat ve odası pompa düğmesine basarak 10 -7 Torr vakum bir dereceye kadar tahliye.
    Not: 10 -7 Torr saçılma gelen yüzey pürüzlülüğü azaltmak için vakum koşulu tutulmalıdır.
  4. Ag katman 1'in bir büyüme oranı ile mevduat Å / s ve mevduat 15 nm-kalın Ag katmanı.
  5. 5 dakika süreyle substrat Ag katman birikimi sonra sakin
  6. Elektron ışını buharlaşma sistemi cep başka bir pota seçerek değiştirin ve bir 15 nm-kalın TiO 2 katman TiO 2 katman 1 Å/s. para yatırma bir büyüme oranı ile mevduat.
    Not: biriktirme işlemi sırasında film büyüme oranı yüzey pürüzlülüğü bütünlüğü korumak için düşük tutulur.
  7. 5 dakika süreyle substrat TiO 2 katman birikimi sonra sakin
  8. Tekrar adımları 4.4-4.7 döngüleri çok katmanlı Ag ve TiO 2 yatırmak için onlarca için.
    Not: Bu noktada, hyperlens imalat bitti. Yetenek Imaging hyperlens test etmek için rasgele bir alt diffraction sınırlı özellik yapmak için sonraki adımdır. Nanometre boyutunda diyafram ve yırtmaçlı yazılı tarafından FIB freze.
  9. Elektron ışını buharlaşma sistemi cep değiştirmek ve krom katman kalınlığı 50 mevduat nm.
  10. Cr katman biriktirme sonra elektron ışını buharlaşma etmeyi kapat. Havalandırma düğmesine basın ve azot gazı tanıtarak odası delik.
  11. Havalandırma sonra odası kapı açmak ve mount sahibi odadan. Fabrikasyon hyperlens aygıt şerit.
  12. Odası kapıyı kapat ve odası pompa düğmesine basarak tahliye.
  13. Krom ile freze sisteminin FİBRİLASYONA tevdi hyperlens mount ve üretici başına nano boyutlu bir yapı desen ' s yönergeleri.

5. Ayar Up görüntüleme sistemi ve görüntüleme yordam

  1. yer bir geleneksel iletim tipi optik mikroskop optik masada.
    Not: Burada, ana gövde metni olarak ters bir optik mikroskobu kullanıldı.
  2. Bir beyaz ışık kaynağına bağlanmak bağdaştırıcı kullanan mikroskop aydınlatma yol.
  3. Yer 410 merkezli bir optik bant filtre nm.
    Not: Bant filtre seçerek belirli dalga boyunda ışık nüfuz eder; Burada, 410 nm ışık örnek üzerinde aydınlatılır. AG ve TiO 2 / oluşan bir hyperlens yüksek performanslı bir 410 nm dalga boyu vardır. Simülasyon sonucu ( Şekil 2 c) 410 nm ışık, hiperbolik dağılım ilişkisi hyperlens performansını gösterir.
  4. Yüksek büyütme yağ-daldırma objektif lens seçin. Yüksek kaliteli CCD kamera görüntüleri elde etmek için kullanın.
    Not: Optik bu ayarı sadece yasağı koyardpass 410 nm dalga boyunda ışık sıralamak için ışık aydınlatma yol içine filtre. Işığın belirli bir dalga boyu örnek üzerinde beyaz ışık kullanmadan aydınlatılmış, ama normal bir laboratuarda örnekleri alan parlak veya floresan görüntüleme ile gözlenmesi için bir beyaz ışık kaynağı optik mikroskoplar olabilir.
  5. Objektif lens üzerinde bir damla daldırma yağı koyun. Bir hyperlens örnek sahne ve yakalama görüntüleri üzerine yerleştirin.
    Not: Hyperlens iç yüzeyine yazıtlı nano boyutlu nesnelerde 410 nm ışık ile aydınlatılmış. Hyperlens ile nano boyutlu nesneler büyütülmüş olabilir ve objektif lens tarafından yakalanan ve CCD kamera görüntüsü.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hyperlens cihazın alt kırınım özellikleri gidermek yeteneği onun bütünlüğü ve yüksek kaliteli imalat dayanmaktadır. Burada, bir hyperlens çok katmanlı dönüşümlü olarak yatırılır Ag ve TiO2 oluşur. Şekil 2a bir iyi yapılmış hyperlens17SEM görüntüsünü gösterir. Kesitsel görüntü Ag ve Ti3O5 ince film çok katmanlı yarımküresel kuvars yüzey üzerinde üniforma kalınlı¤ında yatırılır gösterir. Son hyperlens yapısı yüzey pürüzlülüğü daha az 1,5 nm kök ortalama kare (r.m.s) olduğunu.

Yüksek Kırılma Endeksi 2 var, her iki malzeme etkili hiperbolik dağılım gümüş ile yığılmış çıkmasına beri TI3O5 yerine TiO2 bir Dielektrik kullanılır. İletişim kuralıalanında belirtildiği gibi Ag ve TiO2 / oluşan bir hyperlens 410 harika bir performans vardır nm Ag ve TiO2 yığılmış çok katmanlı dağılım ilişkisi olarak gösterilen şekil 2b bir hiperbolik dağılım eğrisi vardır çünkü . Prensip olarak, dalgalar yüksek kayma wavevector bileşenleri ile hiperbolik bir ortamda hyperlens Radyal yönünü boyunca yayabilirsiniz. Başka bir deyişle, geleneksel optik tarafından yakalanamayan, yüksek frekans bileşenleri sahip küçük özellikler uzakta-tarla hyperlens aracılığıyla yayabilir. Şekil 2 c simüle alan dağıtım bir Sonlu elemanlar (FEM) simülasyon aracı kullanarak hyperlens gösterir. Tasarım, malzeme özellikleri ve yazıtlı nanoyapıların simülasyon modelinin bu uydurma hyperlens ile aynı şekilde ayarlanır. İki delik 50 nm çapında krom katmandaki bir mesafe 150 ile yazılı nm. Hyperlens tepesine 410 nm ışıkla aydınlatılmış ve hyperlens gelen ışık büyütmeyi iç yarıçap ve hyperlens dış yarıçapı arasındaki oran tarafından belirlendiği yerde nesne büyütülmüş görüntüsünü içerir. Alt diffraction sınırlı nesne büyütülmüş görüntüsünü bir geleneksel objektif lens tarafından yakalanan ve görüntüsü.

Bir hyperlens kullanarak kırınım-sınırsız görüntü ölçümü basit optik sistemi aracılığıyla gerçekleştirilir. Şekil 3a hyperlens görüntüleme sistemi şematik gösterir. Geleneksel mikroskobu küçük farkları bir ana olarak kullanılabilir. İletim tipi aydınlatma yoludur ve beyaz ışık kaynağına uygun bant filtre ile yerleştirilir. Aydınlatma ışık bir kondansatör ya da odaklama lens tarafından toplanan ve nesne uçak teslim. Örnek hyperlens örnek slayt camına geleneksel optik mikroskobu yerleştirilir iken görüntüleme sistemi, bir hyperlens içinde iç yüzeyine yerleştirilir. Hyperlens nesneleri aydınlatılmış ve görüntü sonra hyperlens yayar. Son olarak, görüntü bir objektif lens ve CCD kamera tarafından yakalanır. Hyperlens uygulanan optik sistem şekil 3b' gösterilir. Bir kaynak ve filtre, gibi basit ek bileşenlerle hyperlens kolayca bir geleneksel mikroskop sistem uygulanabilir.

Bir hyperlens ile yakalanan gerçek görüntüleri şekil 4' te gösterilmiştir. Şekil 4a ve 4 d tasvir oluşan bir delik ve hyperlens krom tabakasının yazılı satırı alt dalga boyu yapıların SEM görüntüleri iki kümesi. 160-180 nm her durumda gelen boşluk boyutları vardır. Geleneksel mikroskobu içinde bu alt kırınım yapıları nedeniyle kırınım sınırla çözümlenemiyor. Öte yandan, küçük özellikler açıkça hyperlens ile çözümlenir. Şekil 4b hyperlens tabanlı sistemi kullanılarak elde edilen optik görüntü göstermek ve 4e ve cross-sectioned yoğunluk profilleri (kırmızı Kesikli çizgi) şekil 4 c ve 4f, sırasıyla gösterilir. Kesitsel yoğunluğu grafikler gösterirken ayrımları 363 ve 346 NM (şekil 4 c) ve 333 nm (şekil 4f), sırasıyla, 2.1, büyütme için karşılık gelen göre belirlenir hyperlens iç ve dış yarıçapı arasındaki oran.

Figure 1
Şekil 1: Hyperlens imalat işleminin şematik. (bir) fabrikasyon rafine kuvars gofret hazırlanması ile başlar. (b) kuvars gofret üzerinde krom katman 100 nm kalın bir elektron ışını buharlaşma sistem tarafından yatırılır. (ıslak-gravür işlem, bir 50 nm çapında delik için bir maske desen yapmak,c) bir yalan freze sisteminin kullanarak krom katmanda desenli. (d) bir izotropik ıslak aşındırma işlemi krom katmanı kullanılarak yapılır. Hemisferik şekle kuvars gofret oluşur. (e) krom tabakasının kaldırılması krom etchant ile yapılır. (f) bir çok katmanlı alternatif olarak, 15 kalınlığı ile yatırılır Ag ve TiO2 üzerinde yarımküresel yüzeydir nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: imalat ve simülasyon sonuçlarını Hyperlens. (bir) Cross-sectioned SEM görüntü uydurma hyperlens. Her katmanın Ag ve TiO2 15 nm kalınlığında, bütünlüğü ile iyi yatırılan ve son hyperlens pürüzlülüğü az 1.5 r.m.s. Bu rakam başvuru17değiştirildi. (b) Isofrequency kontur izotropik orta (mor çizgi) ve hyperlens (yeşil hat). Hyperlens (küçük özellikler, kesme değerinden yüksek) yüksek frekans bileşenine uzak alan yaymak dağılım ilişkisinin hiperbolik bir şekli vardır. Ancak, izotropik orta gibi geleneksel optik bir dairesel dağılım ilişkisi yoktur ve kesme frekansı yaymak değil. (c) hyperlens simülasyon sonucu. Sonuçta manyetik alan dağıtıma karşı hyperlens iç yüzeyi içinde küçük özellikler gösterir. Sub-diffractional nesne büyütülmüş ve uzakta tarla hyperlens yoluyla yayılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: Hyperlens olarak uygulanan sistem şematik Imaging. geniş bant (bir) A beyaz ışıkKaynak örnek aydınlatmak için kullanılır. Işık bant filtre geçer ve ışığın belirli bir dalga boyu seçilir. Burada, 410 nm ışık aydınlatma ışık olarak kullanılmaktadır. Böylece küçük nesne üzerinde hyperlens yakalanan hyperlens nesne uçakta ve objektif lens ve CCD kamera üzerinden kolayca uygulanır. (b) Hyperlens olarak uygulanan görüntüleme sistemi. Geleneksel ters mikroskop vücut bir ana kullanılır ve hyperlens süper kararlılık düşsel için eklenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: imalat sonuç ve simülasyon sonuçları Hyperlens17 . satır yapısı tarafından ayrılmış iki nokta olan bir nesne (bir) SEM görüntüsü. 180 mesafelerde her nokta vardır nm ve 160 nm. (b) optik görüntü ile hyperlens ele geçirdi. Hyperlens küçük nesnesinde büyütülmüş ve ele geçirdi. Alt kırınım sınırlı özellikleri çözümlenir. (c) kırmızı Kesikli çizgi cross-sectioned yoğunluk profil ölçülür. Kesitsel yoğunluğu profilleri 363 ve 346 nm ayırmalar göster. (d) SEM görüntü diğer her üç nokta 160, 170 ve 180 nm ile başka bir nesnenin. (e) optik görüntü ile hyperlens ele geçirdi. (f) kırmızı Kesikli çizgi olarak (e) Cross-sectioned yoğunluk profili. 333 ayrılması kesitsel yoğunluk profilini gösterir nm. Kesitsel yoğunluğu profilleri 2.1 X yakınlaştırma faktörü hyperlens için karşılık gelir. Bu rakam refefence17değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bir hyperlens imalatı üç büyük adım içerir: kuvars substrat bir elektron ışını buharlaşma sistemi kullanılarak ve inscribing metal ve Dielektrik multilayer istifleme bir ıslak-gravür sürecinde yarımküresel geometri tanımlamayı Cr katmanda nesne. Hyperlens kalitesini önemli ölçüde etkileyebilir beri en önemli ikinci adımdır. İnce-film biriktirme işleminde temiz bir süper çözümlenmiş resim için özel bir dikkat gerektirir iki durum vardır. Çok katmanlı açıkorur istifleme çok önemli konulardan biri olduğu çok katmanlı açıkorur sigara birikimi bir sapma için mükemmel küresel şekilden yol açar. Eğer film biriktirme Merkezi film kalınlığı yeterince, yavaş ve bu hemisferik geometri kenarında elektron ışını buharlaşma açılı yapısı nedeniyle farklı eğilimi değildir. Dağınık şekilde farklı film kalınlığı dağınık şekilde bağımlı büyütmeye açmaktadır ve görüntü bozulmalarını neden olur. Bu nedenle, film biriktirme oranı açıkorur bir çok katmanlı ulaşmak için yavaş (daha az 0.1 nm/s) mümkün olduğu gibi olmalıdır.

Pütürlü yüzeyi ışık saçılma olasılığını artırır bu yana kusurlu bir görüntü getirebilir başka bir olası yüzey pürüzlülüğü faktördür. Bir yüksek-yüzey enerji malzeme ince bir tabaka dahil büyük ölçüde azaltarak gümüş18sızma bir ıslatma etkisi olduğunu bildirdi. Burada, TiO2 katman ıslatma malzemesi olarak çalışıyor. TiO2 katman üzerinde yatırılır gümüş her zamankinden daha düz olma eğilimindedir. Buna ek olarak, vakum durumu 10-7 Torr biriktirme işlemi boyunca düz ve pürüzsüz bir çok katmanlı için olmalıdır. Elektron demeti buharlaştırma sırasında Aglomerasyon gümüş de yüzey kaba yapabilirsiniz. Topaklanmayı düşük ısılarda bastırılır beri film biriktirme sıvı nitrojen tarafından kontrollü kriyojenik koşullarda gerçekleştirilir. İnce film biriktirme sonra AFM kullanarak düzgün yüzey sağlamak için fabrikasyon yapısı yüzey pürüzlülüğü inceledi ve yüzey pürüzlülüğü daha az 1,5 olduğunu doğruladı nm.

Tüm üç koşul dikkatle kontrol edilir, mükemmel bir görüntü sağlanamaz bile ideal imalat altında olsa bile. İlk olarak, herhangi bir diğer geleneksel optik sistemi gibi hyperlens ve geleneksel yüksek-NA optik içeren hyperlens tabanlı optik sistemi, ile tabidir küresel anomalileri gibi geleneksel aberasyonları. Her ne kadar küresel hyperlens yapılarının unpolarized ışık altında iki boyutlu süper kararlılık düşsel etkinleştirmek, aynı zamanda, küresel geometri sapkınlıklara açmaktadır. Nesne iki delik ve Cr katman üzerinde yazılı bir yarık oluşur, örneğin, aynı nesne uçakta bunlar değil. Bu nedenle, diğerleri olmayan nesnelerden birini odakta olabilir. Bu kısmi odaklanan de örnek uyumsuzluk ve sonraki yüksek-NA görüntüleme optik eksen kaynaklanır. Bu bağımlı uzamsal çözünürlük dışında kalan tutarlılık aydınlatma ışık kaynaklanıyor yan etkisi nedeniyle ek bulanıklık görülmektedir.

Ayrıca, etkili orta yaklaşım dökümünü çözünürlüğü sınırlar. Dalgalar, kimin enine dalga vektör bileşeni çok büyük vakum dalgaboyu karşılaştırılır için etkili dalga boyu hyperlens içinde daha küçük olur ve bazen film kalınlığı karşılaştırılabilir olur. Bu nedenle, etkili orta yaklaşım artık geçerli değil. Etkin dalga boyu 2d, d katmanları kalınlığı nerede yaklaşırken, dağılım eğrisi hiperbolik şekilden önemli ölçüde sapma sergiliyor ve dalgalar yaymak değil. Bu 60 içinde çözünürlüğü sınırlar nm burada gösterilen belirli hyperlens tabanlı sistemi için. Her ne kadar hyperlens görüntüleri uzakta-tarla sunar, nesneyi bir yakınındaki alana yerleştirilmelidir de bahsetmeliyiz. Aksi takdirde, fani dalgalar alt kırınım özellikleri taşıyan hiperbolik orta ulaşamıyorum.

Hyperlens çözümlenmesi için temel sınırlamaları rağmen hyperlens düzgün ve mükemmel küresel yapısı taklit ederek görüntü kalite iyileştirmede başarılı oldu. Açıkorur yapısı bağımlı kayma sapmaları azaltır iken alt saçılma ve daha az görüntü bozulmalarını pürüzsüz arabirim sağlar. Hyperlenses kullanarak süper kararlılık düşsel olağanüstü dağılım ilişkisi kaynaklanan beri Ayrıca, floresan veya diğer karmaşık mekanizmaları, Stokastik yöntemi gibi kullanımı ücretsizdir. Sonuç olarak, bir hyperlens Post-processing gerektirmez ve gerçek zamanlı görüntüleme sağlar. Ayrıca kolayca geleneksel optik kurulum ile entegre edilebilir bir optik modül olarak gösterildiği gibi çalışma karmaşık deneysel bileşenleri dahil değil. Ayrıca, ince film işlemi çok çeşitli malzemeler, nanometre ölçeğinde kontrol edilebilir kalınlı¤ında yığmak için kullanılabilir. Bu nedenle, farklı dalga boyu rejimi çalışma hyperlens farklı malzemeler kullanılarak fabrikasyon.

Burada, bir hyperlens ve görüntüleme için optik onun Kur imalat sürecinin mevcut. Biz de deneysel olarak gerçek zamanlı bir hyperlens tabanlı optik sistemi kullanarak etiket içermeyen alt kırınım görüntüleri rapor. Hyperlens basit bir küresel geometri olduğundan, diğer görüntüleme ortamı kısıtlamaları azaltmak için serbestlik derecesi vardır. Örneğin, bir ölçeklenebilir imalat yöntemi benimseyerek pratiklik geliştirmek veya çok yönlü imalat için görüntüleme uygulamalarında vitro etkinleştirmek için ek adımlar ekleyerek genişletmek. Hyperlenses kullanımı biyofiziksel dynamics Nano gerçek zamanlı olarak meydana gelen gözlemlemek bilim adamları sağlayacaktır. Süper çözünürlük görüntüleme platformu, yeni nesil biyoloji, tıp biliminin ve malzeme Mühendisliği gibi çeşitli uygulamalarda kullanım için kabul edilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar onlar rakip hiçbir mali çıkarları var bildirin.

Acknowledgements

Bu eser mali genç araştırmacı programı (NMK-2015R1C1A1A02036464), mühendislik Araştırma Merkezi programı (NMK-2015R1A5A1037668) ve küresel sınır programı (CAMM-2014M3A6B3063708) tarafından desteklenmektedir, MK, S.S., I.K. küresel doktora kabul Arkadaş grupları (NMK-2017H1A2A1043204, NATO Mukabele Gücü-2017H1A2A1043322, NATO Mukabele Gücü-2016H1A2A1906519) Bilim Bakanlığı, ICT ve Gelecek Planlama (MSIP) Kore hükümeti tarafından finanse edilen Ulusal Araştırma Vakfı, Kore (NMG) hibe yoluyla.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Focused Ion Beam milling machine FEI Helios Nanolab G3 CX
E-beam evaporation system Korea Vacuum Tech KVE-E4000
Scanning electron microscopy Hitachi SU6600
Inverted microscopy Zeiss Axiovert 200
Light source EXCELITAS Technologies X-Cite 110 LED
Band pass filter Chroma ET405/30M
Objective lens Zeiss Plan-Apochromat NA=1.3, 100X
CCD camera Andor Zyla 4.2
Quartz wafer CORNING Fused Silica Corning 7980
Buffered oxide etchant J.T Baker TM J.T.Baker 5175
Photoresist AZ electronic materials GXR-601 PR
Chromium etchant SIGMA-ALDRICH 651826
Aceton J.T Baker TM UN1090
Isopropyl alcohol J.T Baker TM UN1219
FEM simulation tool COMSOL 5.1 Multiphysics

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Abbe, E. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für mikroskopische Anatomie. 9, (1), 413-418 (1873).
  2. Dürig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. Near-field optical-scanning microscopy. J Appl Phys. 59, (10), 3318-3327 (1986).
  3. Pendry, J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys Rev Lett. 85, (18), 3966-3969 (2000).
  4. Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -J., Zhang, X. Regenerating evanescent waves from a silver superlens. Opt Express. 11, (7), 682-687 (2003).
  5. Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens. Science. 308, (5721), 534-537 (2005).
  6. Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. Super-resolution imaging through a planar silver layer. Opt Express. 13, (6), 2127-2134 (2005).
  7. Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens. Science. 313, (5793), 1595-1595 (2006).
  8. Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit. Opt Express. 14, (18), 8247-8256 (2006).
  9. Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit. Opt Express. 15, (24), 15886-15891 (2007).
  10. Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects. Science. 315, (5819), 1686-1686 (2007).
  11. Kim, M., Rho, J. Metamaterials and imaging. Nano Converg. 2, (1), 22 (2015).
  12. Byun, M., et al. Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging. Sci Rep. 7, 46314 (2017).
  13. Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications. Nano Converg. 1, (1), 14 (2014).
  14. Liu, L., et al. Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer. RSC Advances. 6, (98), 95973-95978 (2016).
  15. Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. Experimental demonstration of demagnifying hyperlens. Nano Lett. 16, (12), 7905-7909 (2016).
  16. Kim, M., et al. Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials. Sci Rep. 6, 38645 (2016).
  17. Rho, J., et al. Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies. Nat Commun. 1, 143 (2010).
  18. Chen, W., et al. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer. Opt Express. 18, (5), 5124-5134 (2010).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats