Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sonden für Lichtmikroskopie mit 40 Nanometern Auflösung entwickelt und serienfertig

23.11.2001


Entwicklung der Kasseler Nanotechnologie ist Durchbruch für die Lichtmikroskopie

Ein Durchbruch in der Lichtmikroskopie zu wesentlich höheren Auflösungen stellt eine von Kasseler Wissenschaftlern entwickelte und nun auch serienmäßig reproduzierbare Sonde dar. In der Lichtmikroskopie, mit der u.a. Oberflächen und Substrate etwa auf Datenträgerschichten untersucht werden, kann durch die Kasseler Koaxial-Sonde eine sechsfach höhere Auflösung und damit Genauigkeit erreicht werden. In einem konventionellen Lichtmikroskop sind die kleinsten noch sichtbaren Strukturen aufgrund von Beugungsvorgängen durch die Wellenlänge des Lichtes bestimmt. Das bedeutet, dass bislang nur eine Strukturauflösung von 200 bis 380 Nanometern erreicht werden konnte. Mit dem Elektronenmikroskop können zwar Strukturen, die noch kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes sind, sichtbar gemacht werden, allerdings nur unter Vakuumbedingungen und leider nicht immer zerstörungsfrei. In neuerer Zeit bietet daher die Mikro- und Nanotechnologie zusätzliche Entwicklungsmöglichkeiten, die die Kasseler Wissenschafter Dr. Egbert Oesterschulze und Dr. Iwo Rangelow im Institut für Technische Physik im Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik (IMA) der Universität Kassel unter Leitung von Prof. Dr. Rainer Kassing genutzt haben.

Dabei war eine große Schwierigkeit zu überwinden: Denn wenn man versucht Licht, z.B. eines Lasers, durch eine Öffnung zu senden, die kleiner als die Wellenlänge des Lichtes ist, so wird fast die gesamte Lichtintensität reflektiert und nur ein winziger Bruchteil von ca. 10-5 der Anfangsintensität dringt durch die Öffnung. Diese klingt jedoch exponentiell, d.h. auf außerordentlich kurzer Distanz, auf praktisch Null ab. Geht man jedoch mit einem optisch zu untersuchenden Substrat ganz nahe (im Nanometerbereich) an diese Öffnung heran, so kann die durch die kleine Öffnung durchtretende Lichtmenge zur optischen Charakterisierung des Substrates genutzt werden. Damit hat man also eine Auflösung erreicht, die nicht wie beim klassischen Mikroskop durch die Wellenlänge, sondern durch die Größe der Öffnung - auch Apertur genannt - bestimmt wird. Da man zur Aufnahme eines Bildes die Öffnung über die zu untersuchende Oberfläche bewegt bzw. rastert, nennt man diese Art der Mikroskopie auch "Optische Raster-Nahfeld-Mikroskopie", bzw. englisch "Scanning Nearfield Optical Microscopy" (SNOM). Für die praktische Durchführung von Messungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die ultrakleinen Öffnungen in Hohlspitzen zu integrieren, da diese viel besser zur Abtastung der Oberfläche geeignet sind.

Ein Problem für die SNOM besteht nun darin, diese kleinen Hohlspitzen mit der integrierten Öffnung mit den Methoden der Mikro-Technologie reproduzierbar herzustellen. Das gelang erstmals der Arbeitsgruppe von Dr. Dipl.-Phys. Egbert Oesterschulze mit einem neuartigen zum Patent eingereichten Verfahren. So ist es möglich Hohlspitzen mit etwa 40 bis 80 Nanometern großen Öffnungen zu realisieren (s. Abb 1 a)).

"copyright: Universität Gesamthochschule Kassel, Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik"

Doch es ist leicht vorstellbar, dass solch kleine Öffnungen nur sehr wenig Licht durchlassen- so, als wollte man etwa durch eine eng zulaufende Kanüle hindurch etwas erkennen. Um diesen Nachteil der reinen Apertursensoren auszugleichen, ging die Arbeitsgruppe um Oesterschulze einen neuen Weg. Sie zogen in die Mitte des nur weniger als ein tausendstel Haardruchmesser großen Apertursensors einen Draht ein und erhöhte so die durchgelassene Lichtintensität, vergleichbar, als schöbe man durch die oben beschriebene Kanüle noch ein Fädchen ohne jedoch die Kanüle zu berühren. Damit wird das elektrische Feld der Lichtwelle zwischen Innen- und Außenleiter geführt und somit die Lichtintensität deutlich gesteigert. Der Grundgedanke dabei ist der gleiche wie bei jedem elektrischen Koaxialkabel (z.B. beim Antennenkabel eines Fernsehers). Durch ein solches Antennenkabel mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern gehen elektromagnetische Wellen mit Wellenlängen von einigen Metern, und zwar praktisch ohne Intensitätsverlust. Dies ist nur möglich, weil in dem Kabel mittig der Innenleiter zur Feldführung angebracht ist. Daher nennt man diese Vorrichtung Koaxialleiter.

Weltweit erstmals Nano-Sonde mit Nano-Koaxialleiter hergestellt Im Kasseler Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik gelang es weltweit erstmals, eine solche Sonde mit einem sogenannten Koaxialleiter (s. Abb. 1b)) zu versehen. Allerdings wurde dieser Innenleiter noch einzeln produziert, d.h. zunächst wurden die Apertursensoren hergestellt und dann nachträglich der Innenleiter des der Koaxialleiters durch die Abscheidung von leitfähigem Material mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) realisiert.

Nun auch Serienproduktion möglich Aus der Phase des Prototyps in den Bereich der Serienreife brachten weitere Arbeiten im IMA die sogenannte Kasseler Koaxial-Apertur-Sonde. Hier gelang es der Arbeitsgruppe von Dr. Ivo Rangelow, solche Apertur-Sonden mit einem Koaxial-Leiter (s. Abb. 1c)) serienmäßig herzustellen. Damit ist der Weg zur industriellen Nutzung dieser Technologie geebnet. Diese Methode wurde ebenfalls zum Patent angemeldet.

Im Institut für Technische Physik, in dem Physiker, Elektrotechniker, Chemiker und Biologen zusammenarbeiten, wird seit einigen Jahren versucht, mit den Mitteln der Mikro- und Nanotechnologie durch die Kombination von Physik und Technologie, und zwar von den Grundlagen bis zur Anwendung wissenschaftliche und technische Fortschritte zu erzielen.

Ingrid Hildebrand | Pressemitteilung der GhK
Weitere Informationen:
http://www.uni-kassel.de

Weitere Berichte zu: Lichtmikroskopie Nanometer Physik Sonde Wellenlänge

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Mitarbeiter der Hochschule Ulm entwickeln neue Methode zur Desinfektion von Kontaktlinsen
17.07.2017 | Hochschule Ulm

nachricht Form aus dem Vakuum: Tiefziehen von Dünnglas eröffnet neue Anwendungsfelder
07.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie