Новости науки | ||
17.06.05. Еще один способ преодоления дифракционного предела | ||
Новые подходы, использующие идеологию так называемых "материалов-
левшей", позволяют существенно расширить возможности оптической микрсокпии и получать
изображения объектов с размером существенно меньше длины волны.
Микроскопия, родившаяся в середине XVII века, превратилась в настоящее время в неотъемлемый
инструмент смых разных областей науки и техники. Начиная с анализов в поликлинике и до приложений
в высоких технологиях, разнообразные приборы - световые, электронные, ультразвуковые, атомно-
силовые, туннельные и пр., - объединенные родовым именем микроскопы, поддерживают и развивают
наши возможности видеть, понимать и работать в микромире. Тем не менее, почти фантастические
возможности уже существующих микроскопов еще не предел. Как и многое другое, уровень
возможностей микроскопии стал фактором научно-технологической гонки. Существование давно
установленных дифракционных ограничений на разрешение, кажется, только подогревает эту гонку.
Даже в такой классической области, как оптическая микроскопия, появляются новые, еще недавно
совершенно немыслимые решения.
Недавно журнал Science сообщил о демонстрации сверхразрешения в ближне-ультрафиолетовом
диапазоне с использованием идеологии
материалов-левшей
(left-hand materials или LHM). Возможность получения сверхразрешения была предсказана физиком
английским физиком J. Pendry в 2000 г. Им были рассмотрены так называемые эванесцентные
(экспоненциально затухающие моды) и предсказано, что плоские линзы из LHM могут усиливать и
фокусировать такие типы колебаний. В частности, эванесцентными являются локальные моды
электромагнитного поля, например, просачивающиеся в очень узкие отверстия в экранах. На
расстояниях, бОльших длины волны, это поле "развернется" в обычную электромагнитную волну;
детальный профиль, который имело поле сразу за экраном с отверстием, будет экспоненциально затухать
с расстоянием. Согласно предсказанию английского физика, эванесцентные волны могут усиливаться
плоскими слоями из LHM и даже фокусироваться ими. Обнаружение подобного эффекта открыло бы не
только новую эру в микроскопии, но и совершенно новые перспективы перед литографией высокого
разрешения.
Однако обнаружение заманчивого эффекта - это только половина интриги. Вторая половина в том,
что материалы-левши отсутствуют в природе, и долгое время их делали из проволочных элементов; в
самое последнее время для этого использовали литографическую технику. Так или иначе, для реализации
LHM создавали дискретные проводящие элементы специальной формы, которые во множестве и
составляли среду с необходимыми свойствами. Но искусственно созданная среда вела себя так, как
предсказывала теория, лишь по отношению к излучению с длиной волны, много большей размеров
отдельных элементов. Получался порочный круг – для повышения разрешения литографии нужны слои
(линзы) из LHM, но сам LHM материал в состоянии фокусировать только излучение с длиной волны,
большей того, что уже может литография.
Тем не менее, этот тупик оказался не безвыходным, хотя выход оазалось найти не так уж и просто.
Вообще-то LHM материалы - это материалы, у которых должны быть отрицательными и магнитная, и
диэлектрическая проницаемости. Однако в наномасштбах многое происходит иначе. При действии
электромагнитного поля на объект с размерами, много меньшими длины волны, волновые свойства поля
излучения малосущественны. В этом случае достаточно хорошим приближением является рассмотрение
объекта в квазиоднородном поле, т.е. только в локальном электрическом поле световой волны. Поэтому,
с учетом сказанного выше, для проявления свойств LHM в нанометровых масштабах ситуация
упрощается: оказывается достаточным, чтобы отрицательной была только диэлектрическая
проницаемость. А это уже гораздо проще – отрицательная диэлектрическая проницаемость реализуется в
частотной области аномальной дисперсии, что не является какой-то особой экзотикой.
В недавних работах сверхразрешение было продемонстрировано с использованием самой обычной
пленки серебра, которая в условиях эксперимента повели себя, как LHM. В работе исследовали
разрешение, полученное на слое фоторезиста в ближней зоне (на расстоянии, существенно меньшем
длины волны) при просвечивании непрозрачной маски с процарапанным изображением. В первом случае
процарапанное на маске изображение проектировали на фоторезист, расположенный в 75 нм от маски, а
во втором между фоторезистом и маской дополнительно помещали 35 нм слой серебра. Размеры щелей
на маске и толщины линий изображений на фоторезисте определяли с помощью атомно-силового
микроскопа.
На рис.1 видно, что прослойка серебра между маской и фоторезистом позволяет сохранить на
изображении (в середине) толщину линий, имеющуюся на исходной маске (верхнее изображение).
Нижнее изображение получено при прямом проектировании маски на фоторезист на том же расстоянии,
что и в эксперименте с пленкой серебра (75 нм). Масштабный отрезок на всех трех изображениях - 2 мкм.
Авторы определяют достигнутое ими разрешение в 64 нм. Это, конечно, хуже того, что ожидается от
развития литографии в экстремальном ультрафиолете (EUV), но заметно лучше того, что удается
получать сегодня. А главное, разрешение существенно превосходит дифракционный предел.
Заметим, что развитие физики материалов-левшей (LHM) происходит столь стремительно, что
многие положения не успевают пройти неформальню, но очень важную стадию признания коллегами.
Само предсказание сверхразрешения сформулировано в 2000 г. в терминах "может быть"; и еще недавно
во многих статьях высказывались достаточно аргументированные сомнения в возможности реализации
характерного поведения LHM. Можно вспомнить, что автор, который сейчас широко известен как
«изобретатель» LHM - наш соотечественник В.Г.Веселаго (справедливости ради, в своей
основополагающей статье, опубликованной в УФН, Веселаго ссылается на более раннюю работу
И.Е.Тамма), полагал, что для воплощения этих материалов нужны ни много ни мало – магнитные
монополи.. И вот за несколько лет, на наших глазах (судя по иллюстрациям из Nature) свободная игра
умов воплотилась в новый технологическй прорыв.
Источник информации - заметка М.Компана в бюллетене ПерсТ, выпуск 11 за 2005 г.
| ||
|