Une technique d’imagerie à haute résolution peut être utilisée pour étudier les matériaux de manière non destructive et avec une précision nanométrique – Technoguide

Les images fournissent des informations – ce que nous pouvons observer de nos propres yeux nous permet de comprendre. Élargir constamment le champ de la perception dans des dimensions initialement cachées à l’œil nu, fait avancer la science. Aujourd’hui, des microscopes de plus en plus puissants nous 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 les structures et les processus jusqu’au niveau nanométrique et inférieur, nous avons besoin de nouvelles méthodes et technologies», déclare le Dr Silvio Fuchs de l’Institut d’optique et d’électronique quantique de l’Université de Jena. Cela s’applique en particulier aux domaines technologiques tels que la recherche sur les matériaux ou le traitement des données. «De nos jours, les composants électroniques, les puces informatiques ou les circuits sont de plus en plus petits», ajoute Fuchs. Avec ses collègues, il a maintenant développé une méthode qui permet d’afficher et d’étudier des structures aussi minuscules et complexes et même de les «voir à l’intérieur» sans les détruire. Dans le numéro actuel de la revue scientifique Optica, les chercheurs présentent leur méthode – Tomographie par cohérence avec lumière ultraviolette extrême (XCT en abrégé) – et montrent son potentiel en recherche et 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 plusieurs années, explique le doctorant Felix Wiesner, auteur principal de l’étude. “Ces dispositifs ont été développés pour examiner la rétine de l’œil de manière non invasive, couche par couche, afin de créer des images en trois dimensions.” Chez l’ophtalmologiste, l’OCT utilise la lumière infrarouge pour éclairer la rétine. Le rayonnement est choisi de manière à ce que le tissu à examiner ne l’absorbe pas trop fortement et puisse être réfléchi par les structures internes. Cependant, les physiciens d’Iéna utilisent une lumière UV à ondes extrêmement courtes au lieu d’une lumière infrarouge à ondes longues pour leur OCT. «Cela est dû à la taille des structures que nous voulons imager», déclare Felix Wiesner. Afin d’examiner les matériaux semi-conducteurs avec des tailles de structure de seulement quelques nanomètres, une lumière d’une longueur d’onde de seulement quelques nanomètres 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. Les physiciens d’Iéna, cependant, génèrent des XUV à large bande dans un laboratoire ordinaire et utilisent à cette fin ce que l’on appelle des harmoniques élevées. Il s’agit d’un rayonnement produit par l’interaction de la lumière laser avec un milieu et il a une fréquence plusieurs fois supérieure à celle de la lumière d’origine. Plus l’ordre harmonique est élevé, plus la longueur d’onde résultante est courte. «De cette manière, nous générons de la lumière d’une longueur d’onde comprise entre 10 et 80 nanomètres à l’aide de lasers infrarouges», explique le professeur Gerhard Paulus, professeur d’optique non linéaire à l’Université de Jena. “Comme la lumière laser irradiée, la lumière XUV à large bande résultante est également cohérente, ce qui signifie qu’elle possède des propriétés semblables à celles d’un 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, tels que 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 de réflexion différent – la composition chimique des échantillons peut également être déterminée avec précision et, surtout, en de manière non destructive. «Cela fait de la tomographie par cohérence une application intéressante pour l’inspection des semi-conducteurs, des cellules solaires ou des composants optiques multicouches», explique Paulus. Il pourrait être utilisé pour le contrôle de la qualité dans le processus de fabrication de ces nanomatériaux, pour détecter des défauts internes ou des impuretés chimiques.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Friedrich-Schiller-Universitaet Jena. Original écrit par Ute Schönfelder. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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