Les images fournissent des informations, ce que nous pouvons observer de nos propres yeux nous permet de comprendre. Élargir constamment le champ de perception dans des dimensions initialement cachées à l'œil nu, fait avancer la science. Aujourd'hui, des microscopes de plus en plus puissants permettent de voir dans les cellules et les tissus des organismes vivants, dans le monde des micro-organismes ainsi que dans la nature inanimée.

Mais même les meilleurs microscopes ont leurs limites. "Pour pouvoir observer des structures et des processus jusqu'au niveau nanométrique et en dessous, nous avons besoin de nouvelles méthodes et technologies, ", explique le Dr Silvio Fuchs de l'Institut d'optique et d'électronique quantique de l'Université d'Iéna. Cela s'applique en particulier aux domaines technologiques tels que la recherche sur les matériaux ou le traitement des données. " De nos jours, Composants electroniques, les puces ou circuits informatiques deviennent de plus en plus petits, " ajoute Fuchs. Avec des collègues, il a maintenant développé une méthode qui permet d'afficher et d'étudier de si petits, structures complexes et même les "voir à l'intérieur" sans les détruire. Dans le numéro actuel de la revue scientifique Optique , les chercheurs présentent leur méthode - Coherence Tomography with Extreme Ultraviolet Light (XCT en abrégé) - et montrent son potentiel en matière de recherche et d'application.

La lumière pénètre dans l'échantillon et est réfléchie par les structures internes

La procédure d'imagerie est basée sur la tomographie par cohérence optique (OCT), établie en ophtalmologie depuis de nombreuses années, explique le doctorant Felix Wiesner, l'auteur principal de l'étude. "Ces appareils ont été développés pour examiner la rétine de l'œil de manière non invasive, couche par couche, pour créer des images en 3 dimensions." Chez l'ophtalmologiste, L'OCT utilise la lumière infrarouge pour éclairer la rétine. Le rayonnement est choisi de telle sorte que le tissu à examiner ne l'absorbe pas trop fortement et qu'il puisse être réfléchi par les structures internes. Cependant, les physiciens d'Iéna utilisent une lumière UV à ondes extrêmement courtes au lieu de la lumière infrarouge à ondes longues pour leur OCT. "Cela est dû à la taille des structures que nous voulons imager, " explique Felix Wiesner. Afin d'étudier les matériaux semi-conducteurs avec des tailles de structure de seulement quelques nanomètres, une lumière d'une longueur d'onde de quelques nanomètres seulement est nécessaire.

L'effet optique non linéaire génère une lumière UV cohérente à ondes extrêmement courtes

La génération d'une telle lumière UV à ondes extrêmement courtes (XUV) était autrefois un défi et n'était presque possible que dans des installations de recherche à grande échelle. physiciens d'Iéna, cependant, générer du XUV à large bande dans un laboratoire ordinaire et utiliser ce que l'on appelle des harmoniques élevées à cette fin. Il s'agit d'un rayonnement produit par l'interaction de la lumière laser avec un milieu et dont la fréquence est plusieurs fois supérieure à celle de la lumière d'origine. Plus le rang harmonique est élevé, plus la longueur d'onde résultante est courte. "De cette façon, nous générons de la lumière d'une longueur d'onde comprise entre 10 et 80 nanomètres à l'aide de lasers infrarouges, " explique le Pr Gerhard Paulus, Professeur d'optique non linéaire à l'Université d'Iéna. "Comme la lumière laser irradiée, la lumière XUV large bande résultante est également cohérente, ce qui signifie qu'il a des propriétés semblables à celles du laser."

Dans le travail décrit dans leur article actuel, les physiciens ont exposé des structures de couches nanoscopiques en silicium au rayonnement XUV cohérent et analysé la lumière réfléchie. Les échantillons de silicium contenaient de fines couches d'autres métaux, comme le titane ou l'argent, à différentes profondeurs. Parce que ces matériaux ont des propriétés réfléchissantes différentes du silicium, ils peuvent être détectés dans le rayonnement réfléchi. La méthode est si précise que non seulement la structure profonde des minuscules échantillons peut être affichée avec une précision nanométrique, mais - en raison du comportement réfléchissant différent - la composition chimique des échantillons peut également être déterminée avec précision et, par dessus tout, de manière non destructive. "Cela fait de la tomographie par cohérence une application intéressante pour l'inspection des semi-conducteurs, cellules solaires ou composants optiques multicouches, " dit Paulus. Il pourrait être utilisé pour le contrôle qualité dans le processus de fabrication de tels nanomatériaux, pour détecter les défauts internes ou les impuretés chimiques.