Schnelle monochromatische Reflexionsnanoskopie mittels Absorptionsmodulation

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Egner
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412938415

In vielen Gebieten der Materialwissenschaften ist die Bestimmung relevanter Kenngrößen von technischen Werkstoffen von zentraler Bedeutung. In der Regel werden hierfür optische Reflexionsmikroskope eingesetzt, da diese einen geringen Aufwand bei der Probenpräparation erfordern und kostengünstig sind. Aufgrund der beugungslimitierten Auflösung dieser Mikroskope müssen jedoch bei modernen Materialien, mit ihren Korngrößen von deutlich unter einem Mikrometer, aufwändigere Mikroskopiemethoden, wie z.B. Rasterelektronenmikroskopie, verwendet werden. Im Projektverbund NanoVidere konnten wir in einem rund 18-monatigen DFG-Vorprojekt unseres Wissens nach erstmalig nachweisen, dass die Beugungsgrenze in der optischen Reflexionsmikroskopie mit Hilfe des Prinzips der Absorptionsmodulation umgangen werden kann. Dazu wurden reversible Blenden in eine photochrome Schicht (AML, absorbance modulation layer), die auf die Messoberfläche aufgebracht wurde, eingeschrieben und hierdurch der reflektierende Bereich der Oberfläche räumlich eingeengt. Die Resultate der mit den weiteren NanoVidere-Partnern durchgeführten Vorarbeiten, die bereits zu einem gemeinsamen Konferenzbeitrag führten, zeigen, dass flächige Reflexionsmessungen bei mindestens 5-fach verbesserter Auflösung und Bildaufnahmezeiten, die in der gleichen Größenordnung wie bei der Fluoreszenznanoskopie liegen, zukünftig möglich sein sollten. Zwingend notwendig hierfür ist jedoch sowohl eine Weiterentwicklung der AML als auch der Bildgebungsmethode, denn zum einen wurde der Auflösungsnachweis aufgrund der geringen Photostabilität der verwendeten AML bisher nur als Linienscan geführt und zum anderen war die Aufnahmegeschwindigkeit im Vergleich zur beugungslimitierten Mikroskopie deutlich reduziert. Im hier beantragten Teilprojekt sollen daher die Grundlagen zur Beschleunigung der monochromatischen Absorbance-Modulation-Imaging (AMI)-Reflexionsnanoskopie erforscht und eine 5-fache Verbesserung der zweidimensionalen Auflösung im Vergleich zum Beugungslimit nachgewiesen werden. Der Forschungsschwerpunkt liegt hierbei auf der Aufnahmegeschwindigkeit, insbesondere auf der Dynamik der photophysikalischen Prozesse bei der Bildaufnahme und der Maximierung des Messsignals, unter besonderer Berücksichtigung der Photostabilität der AML. Dazu soll das gemeinsam mit der AG Rembe im Vorprojekt realisierte Reflexionsnanoskop erweitert und geeignete Messprotokolle erarbeitet werden. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit der AG Rembe und beinhaltet die Weiterentwicklung eines Simulationsmodells. Die Arbeiten der AGs Egner und Rembe („AMI-Gruppe“) werden eng mit denen der weiteren Partner (AGs Schmidt, Adams und Hell/Belov („AMLGruppe“)) verzahnt sein. Die AMI-Gruppe wird die von der AMLGruppe entwickelten AMLs auf ihre Eignung für ihr jeweiliges Teilprojekt überprüfen und für die Entwicklung der hyperspektralen (AG Rembe) bzw. der schnellen monochromatischen (AG Egner) AMI-Reflexionsnanoskopie einsetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Claudia Geisler