Kombiniertes Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl (REM/FIB Dualbeam)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der folgende Text beschreibt Arbeiten, die mit einem hochauflösenden SEM/FIB Dualbeam-Mikroskop unter der Verwendung von Prozessgasen (Pt/C/SiO2) und zwei Nanomanipulatoren entstanden sind. Nanometrologie: Ziel dieser Arbeiten ist es, die Wechselwirkung von Licht mit Nanostrukturen zu nutzen, um Strukturbestimmungen mit optischen Methoden bis weit unterhalb der optischen Auflösungsgrenze zu ermöglichen. Das beinhaltet sowohl direkte Abbildungen als auch indirekte, modellbasierte Rekonstruktionen dieser Strukturen (Scatterometrie). Bei den direkten Abbildungen wurde versucht Nanostrukturen zu erzeugen, die „Superlinsen-Funktionalität“ (evaneszente Verstärkung und Nahfeld/Fernfeld-Übertragung) aufweisen. Gefertigte Strukturtypen waren metallisierte Liniengitter (sog. Meanderstrukturen) sowohl in Einfach- als auch in Doppelschicht–Anordnung. Bei den indirekten Methoden wurde ein Liniengitter mit zusätzlichen, dreidimensionalen Hilfsstrukturen versehen, mit denen die Sensitivität der Scatterometrie auf die Linienbreite des Gitters empfindlich erhöht werden konnte. Optische Bauteile mit Nanostrukturierung: Optik für die satellitengestützte Erdbeobachtung muss eine Reihe von außergewöhnlichen Anforderungen genügen (Resistenz gegen Strahlung und Erschütterung, geringes Gewicht). Es wurde mit Hilfe von metallischen Meanderstrukturen ein weltraumtaugliches Design eines Depolarisators entworfen mit dem der Polarisationszustand der einfallenden Strahlung wirksam zerstört werden kann. Der mit dem FIB erstellte Prototyp könnte durchaus in größerem Maßstab industriell gefertigt werden und im Weltraum zum Einsatz kommen. Grundlagenuntersuchungen zur Plasmonenanregung: An einkristallinen Goldpartikeln werden Oberflächenplasmonen mit Hilfe eines fs-Pulslasers erzeugt. Wegen den unterschiedlichen Wellenlängen haben „short range-“ und „long range-“ Oberflächenplasmonen unterschiedliche Fokii wenn sie durch die spezielle Form des Goldpartikels gebündelt werden. Mit Hilfe einer zeitaufgelösten Zweiphotonen-Photoemissionsmikroskopie können die Feldstärkeverläufe und ihre Dynamik untersucht werden. Besonderes Interesse gilt der Wechselwirkung der Plasmonen mit Strukturen, die direkt auf das Goldpartikel geschrieben werden konnten. Synthetische Quantensysteme: Die Arbeiten zielen darauf ab, synthetische Quantensysteme für die Informationsverarbeitung der Zukunft herzustellen. Dabei konzentrieren sich die Arbeiten auf die Synthese dieser Systeme auf der Basis von Festkörpern. Ziel ist eine Nanostrukturierung von Quantenstrukturen aus Festkörperfehlstellen. Mit Hilfe des Elektronen- und Ionenstrahls wurden dazu Solid-Immersion-Linsen in Diamant direkt über den jeweiligen Fehlstellen gefertigt um die Fluoreszenzdetektion der Stickstoff-Zentren zu erhöhen. Biochemische-Sensoren: Für den Einsatz in biochemischen Sensoren wurden nanostrukturierte optische Filtern basierend auf Lochund Streifenstukturen gefertigt. Dabei wurde von der Wellenlängenselektivität von resonanten Nanokavitäten oder der hohen Transmissionseigenschaften von Lochstrukturen, die auf dem Effekt der „enhanced optical transmission“ beruhen, Gebrauch gemacht. Weiterhin wurden einige Arbeiten auf dem Gebiet der selbstorganisierenden Strukturen und mikrostrukturierten Haftfolien (Gecko-Strukturen) durchgeführt oder der Kontaktierungsvorgang von Mikrochips mittels Mikrofedern untersucht. Damit wurde ermittelt, ob die Kinematik der Mikrofedern den Vorgaben entspricht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Solving the inverse grating problem by white light interference Fourier scatterometry”. Light: Science & Applications (2012) 1, e36
V. Ferreras Paz, S. Peterhansel, K. Frenner, W. Osten
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/lsa.2012.36) - „Polarization scramblers with plasmonic meander-type metamaterials“. Optics Express 20 (2012) 20 pp. 22700
P. Schau, L. Fu, K. Frenner, M. Schaferling, H. Schweizer,H. Giessen, L. Venancio, L. Miguel Gaspar, W. Osten
- “Large-Area Low-Cost Tunable Plasmonic Perfect Absorber in the Near Infrared by Colloidal Etching Lithography“. Adv. Optical Mater. 2014
R. Walter , A. Tittl , A. Berrier , F. Sterl , T. Weiss ,H. Giessen
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/adom.201400545) - “Quantum error correction in a solid-state hybrid spin register“. Nature (2014)
G. Waldherr, Y. Wang, S. Zaiser, M. Jamali, T. Schulte-Herbruggen, H. Abe, T. Ohshima, J. Isoya, J. F. Du, P. Neumann, J. Wrachtrup
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nature12919) - “Coherent control of single spins in silicon carbide at room temperature”. Nature Materials 14,164-168 (2015)
M. Widmann,S.-Y. Lee,T. Rendler, N.T. Son,H. Fedder,S. Paik, L.-P. Yang, N. Zhao,S. Yang,I. Booker, A. Denisenko, M. Jamali, S. A. Momenzadeh,I. Gerhardt,T. Ohshima, A. Gali, E. Janzen, J. Wrachtrup
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nmat4145) - “Coherent properties of single rare-earth spin qubits“. Nature Communications 5, Article number: 3895
P. Siyushev, K. Xia, R. Reuter, M. Jamali, N. Zhao, N. Yang, C. Duan, N. Kukharchyk, A. D. Wieck, R. Kolesov, J. Wrachtrup
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms4895) - “Mapping Spin Coherence of a Single Rare-Earth Ion in a Crystal onto a Single Photon Polarization State”. Phys. Rev. Lett. 111, 120502
R. Kolesov, K. Xia, R. Reuter, M. Jamali, R. Stohr, T. Inal, P. Siyushev, J. Wrachtrup
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.120502) - “Short-range surface plasmonics on atomically flat thin gold platelets: Nanofocusing down to 60 nm at λ=800 nm”. 5th International Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (Nanometa 2015), 5-8 January 2015, Seefeld (Tirol), Austria
B. Frank, T. Weiss, P. Kahl, M. Horn-von Hoegen, M. Heringdorf, L. Fu, W. Sigle, H. Giessen
