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美国科学家成功制造具有极高空间和时间分辨率的革命性新型显微镜元光学器件

2023-04-09 18:26:34  来源:网易网    

  美国科学家成功制造并实际测试了一种具有极高空间和时间分辨率的革命性新型显微镜元光学器件,使用这种透镜的显微镜有望采用全新的研发方法,尤其是在半导体和太阳能电池技术方面。(“真空引导的极紫外超透镜”)显微镜的透镜首次使使用极紫外辐射成为可能。其极短的波长使其能够在阿秒范围内遵循超快的物理过程。例如,来自现代晶体管内部的实时图像或分子和原子与光的相互作用。

  科学家们在研究工作中提出了新镜头的想法,阿秒物理学使用极紫外光,由于这种光振荡很快,并且光学开发的构建套件中的所有材料都对这种光不透明,因此到目前为止还没有可用的成像系统。“我问自己,光学的经典原理是否无法逆转。你能用小面积缺乏材料作为光学元件的基础吗?”科学家们在极薄的硅片上精确计算出的小孔排列可以传导和聚焦入射的阿秒光,研究团队的一个显著观察结果是,由于孔洞覆盖的表面,这些真空隧道传输的光能超过了应有的水平。这意味着创新的超光学系统将紫外线吸入焦点。

  这一突破需要非常小且精确控制的结构。他们的生产已经接近今天技术上可行的极限,该团队在经过大约两年的实验阶段后,实现了这一技术实现,“现在我们想很快用它来研究微电子、纳米颗粒和类似的东西。”

  超光学器件由一层大约200纳米的薄膜组成,其中蚀刻了微孔结构。整个透镜由数以亿计的孔组成;在膜上每微米大约有十个这样的结构。单个孔的直径在20到80纳米之间。相比之下:一根头发大约有60到100微米厚,一种小病毒的直径只有15纳米。孔的直径从膜的中心向外变化和减小。根据洞的大小,那里的入射光辐射会延迟,从而塌陷成一个微小的焦点。

  “可靠地产生高能量的短光脉冲需要对光控原子过程的精确控制和非常精确的光学设置。对于这个项目,我们开发了一种光源,它在产生这些超光学器件设计的波长的辐射方面特别有效。”在格拉茨的实验装置中,将激光聚焦到惰性气体射流中,可以产生极紫外辐射,并将其集中在极短的脉冲中。通过这种针对阿秒物理进行优化的光源,证明了元光学的有效性。

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