17 feb. 1999
1 minuut
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 technieken: kathodoluminescentie en tomografie. Deze nieuwe methode is belangrijk voor de ontwikkeling van zonnecellen, led’s en lasers op de nanometerschaal.
Stap 1: kathodoluminescentie
Lasers, led’s 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 zogeheten diffractielimiet van ongeveer 250 nanometer.
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 efficiënte zonnecellen, en er liggen ook mogelijkheden voor nieuwe vormen van led-verlichtingstechnologie. Misschien dat het ook mogelijk wordt biologische systemen af te beelden."
De onderzoekers publiceerden de methode in vaktijdschrift Nature Nanotechnology: 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
Anderen lazen ook
