Afbeeldingen maken op de nanoschaal


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Melissa Vianen
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=293780
printerversie
7 april 2015, 2015/08

Afbeeldingen maken op de nanoschaal

Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en Stanford University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om driedimensionale afbeeldingen te maken van ultrakleine objecten. Ze combineerden daarvoor twee bestaande technieken: kathodoluminescentie en tomografie. Deze nieuwe methode is belangrijk voor de
ontwikkeling van zonnecellen, leds en lasers op de nanometerschaal. De onderzoekers publiceerden de methode op 6 april 2015 in vaktijdschrift Nature Nanotechnology.
Figuur 1. Nanodeeltje
vergroten Figuur 1. Nanodeeltje

(a) Schets van het nanodeeltje met aan de binnenkant polystyreen (blauw) en aan de buitenkant een schil van goud.
(b) Afbeelding van het deeltje met de elektronenmicroscoop. Rechtsboven aan de rand van de gouden schil is de polystyreen kern goed zichtbaar.
(c) Kathodoluminescentie-tomogram bij verschillende golflengtes. Een blauwe optische hotspot is zichtbaar aan de onderkant van het centrale deel van het deeltje. Een rode hotspot bevindt zich vooral aan de bovenzijde.

Figuur 2. Artistieke impressie
vergroten Figuur 2. Artistieke impressie

Artistieke impressie van de bolvormige deeltjes van polystyreen met een gouden huls.

Credits: AMOLFf/Stanford/Tremani

Stap 1: kathodoluminescentie
Lasers, leds en zonnecellen danken hun bijzondere eigenschappen aan het feit dat ze licht genereren en manipuleren op een extreem kleine lengteschaal. Conventionele optische microscopen zijn echter niet nauwkeurig genoeg om licht op deze kleine schaal te bestuderen. Hun meetnauwkeurigheid
wordt begrensd door een fundamentele fysische limiet: de zogenaamde diffractielimiet van ongeveer 250 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter). De groep van Albert Polman bij AMOLF ontwikkelde een instrument waarmee afbeeldingen gemaakt kunnen worden met een nauwkeurigheid die
veel verder gaat dan deze limiet. Dit zogenoemde kathodoluminescentie-instrument maakt een tweedimensionale afbeelding van het uitgezonden licht door met een elektronenstraal een materiaal af te tasten.

Stap 2: kathodoluminescentie en tomografie
Voor de ontwikkeling van de nieuwe methode gebruikten de onderzoekers het kathodoluminescentie-instrument om elektronen af te vuren op kleine bolvormige deeltjes van polystyreen met een gouden huls. Deze deeltjes met een diameter van 250 nanometer functioneren als een modelsysteem waarin
diverse kleuren licht zijn opgesloten. De verkregen tweedimensionale afbeelding is vervolgens met tomografietechnieken gereconstrueerd: de gemeten 'vlakken' zijn opgestapeld tot driedimensionale modellen. Het team van AMOLF- en Stanford-onderzoekers slaagde er zo in afbeeldingen te maken van
gekleurde hotspots met een veel betere resolutie dan de diffractielimiet.

Polman: "We werken al lang samen met Stanford University, en dit project is een kroon op onze samenwerking. We gebruiken de nieuwe techniek nu voor het ontwerpen van efficiente zonnecellen, en er liggen ook mogelijkheden voor nieuwe vormen van led-verlichtingstechnologie. Misschien dat het ook
mogelijk wordt biologische systemen af te beelden."

Referentie
Nanoscale optical tomography with cathodoluminescence spectroscopy
A. Atre, B.J.M. Brenny, T. Coenen, A. Polman and J.A. Dionne, Nature Nanotech. 10, 2015,
DOI: 10.1038/nnano.2015.39

Contactinformatie
Prof.dr. Albert Polman, +31 (0)20 754 71 00