La lumière ultraviolette extrême (EUV) en microscopie offre l'avantage d'obtenir une image à haute résolution combinée à des informations spectrales sur l'objet à l'étude. Cependant, parce que la microscopie EUV utilise la diffraction au lieu de lentilles, l'imagerie avec plus d'une longueur d'onde est difficile. Des chercheurs de l'ARCNL et de la Vrije Universiteit Amsterdam ont trouvé une solution de contournement en concevant une nouvelle classe d'éléments optiques diffractifs pour la lumière EUV. Leurs résultats offrent des possibilités d'améliorer à la fois les sources lumineuses et les éléments optiques en microscopie EUV, ouvrant la voie à une utilisation généralisée de la technique dans les nanosciences. Le 25 janvier, ils ont publié leurs résultats dans la revue Optique .

La microscopie EUV remplit la niche entre l'imagerie avec la lumière visible, qui ne fournit pas les détails à l'échelle nanométrique nécessaires en nanoscience ou en imagerie biologique, et des méthodes d'imagerie comme la microscopie électronique, qui fournit encore plus de détails mais est parfois inadapté car il nécessite un refroidissement cryogénique et une préparation minutieuse des échantillons. En plus de ça, en raison de sa forte interaction avec la matière, La lumière EUV est très utile pour les mesures de spectroscopie révélant les propriétés matérielles d'un échantillon.

Cependant, la microscopie EUV de table pose encore quelques défis. "Un problème très pratique avec l'utilisation de la lumière EUV à des fins d'imagerie est que presque tous les matériaux sur terre absorbent la majeure partie du rayonnement. Par conséquent, nous ne pouvons pas utiliser d'objectifs pour focaliser la lumière EUV, ", déclare Stefan Witte, chef du groupe ARCNL. "Mais, nous pouvons utiliser la diffraction. Si vous envoyez de la lumière à travers un objet avec des fentes, ça va plier. Si les fentes sont disposées dans le bon sens, il est possible de focaliser le rayonnement, tout comme vous concentreriez la lumière visible avec une lentille."

Plaques de zone au lieu de lentilles

La lumière EUV peut être focalisée avec une plaque de zone dite de Fresnel, un disque avec un motif circulaire de fentes qui diffracte la lumière. Une propriété inhérente à la diffraction, cependant, est que l'angle de diffraction dépend de la longueur d'onde. Witte :« Nous utilisons une source cohérente qui contient un large spectre de lumière dans la gamme EUV. Avec une plaque de zone conventionnelle, cela se traduit par des points de focalisation différents pour chaque longueur d'onde du faisceau, mais on ne peut en utiliser qu'un sans avoir à déplacer l'échantillon. De plus, il est impossible de collecter les données spectrales d'un échantillon lorsque vous n'envoyez qu'une seule longueur d'onde de lumière à travers celui-ci. Les propriétés matérielles de l'échantillon que nous avons pu dévoiler avec la spectroscopie EUV restent ainsi cachées."

Optimisation

Lars Loetgering et Kevin Liu, les deux scientifiques du groupe de Witte, trouvé une solution quelque peu contre-intuitive à ce problème. Alors qu'une plaque de zone parfaite offre des points de focalisation distincts, des défauts mineurs ou des irrégularités dans le motif circulaire des fentes entraîneront un maculage du foyer dans la direction du faisceau. Les chercheurs ont réalisé qu'ils pouvaient utiliser ces « frottis » de mise au point désordonnés à leur avantage. "Les frottis de mise au point sont également décalés pour chaque longueur d'onde du spectre, mais ils se chevauchent quelque peu, " dit Witte. " Nous avons fait un modèle pour calculer la plaque de zone optimale, dans laquelle un minimum d'irrégularités - ou d'entropie dans la structure - se traduit par un chevauchement maximum des frottis de focalisation. Avec ça, nous pouvons tirer le meilleur parti de la lumière EUV disponible et également tirer parti de la sensibilité spectrale de l'imagerie EUV en collectant les données jusqu'à neuf longueurs d'onde différentes."

Des temps passionnants à venir

Witte et son équipe ont testé leurs plaques de zone « imparfaites » à la fois dans des simulations et des expériences et sont enthousiasmés par les résultats. "Ce nouveau type d'éléments optiques diffractifs n'ouvre pas seulement la voie à une utilisation généralisée de la microscopie EUV de table, mais nous pouvons aussi l'utiliser pour prendre du recul et essayer de rendre nos sources EUV plus efficaces, " dit-il. " Nous recherchons la combinaison idéale de lumière et de diffraction, qui peut être différent selon les informations que vous recherchez.

Witte s'attend à ce que les années à venir soient cruciales pour une utilisation plus large de la microscopie EUV dans les nanosciences; "la technique est actuellement limitée par l'efficacité des sources et la restriction au rayonnement à une seule longueur d'onde. Il y a encore beaucoup de travail à faire, mais avec notre approche, je pense que nous pouvons optimiser davantage la technique afin qu'elle puisse être utilisée en métrologie ou en science des matériaux. Par exemple, les chercheurs qui dépendent désormais de grandes installations de synchrotron pourront faire leurs expériences dans leur propre laboratoire avec un microscope EUV de table. »