Hyperspektrale Reflexionsnanoskopie mittels Absorptionsmodulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Rembe
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412988268

Moderne Materialien verfügen über hervorragende Festigkeit und Elastizität, die z. B. für Metalle durch ihre geringen Korngrößen (Bereiche mit gleichem Gefüge) weit unter einem Mikrometer und die chemischen Zusammensetzungen erreicht werden. Aufgrund der durch Beugung begrenzten Auflösung optischer Mikroskope sind lichtmikroskopische Gefügeuntersuchungen, die erheblich weniger aufwändig und preiswerter sind als z. B. Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), nicht mehr möglich. Ziel des hier projektierten Verfahrens ist es, zukünftig lichtmikroskopische Spektroskopie an Oberflächen von Verbundwerkstoffen mit einer Auflösung von wenigen zehn Nanometern zu ermöglichen. Die Arbeitsgruppen des NanoVidere-Verbunds wollen das der hochauflösenden Fernfeld-Fluoreszenzmikroskopie (z. B. der REversible Saturable OpticaL (Fluorescence) Transitions RESOL(F)T-Mikroskopie) zugrundeliegende Prinzip nutzen, um Oberflächen optisch mit nanoskaliger Auflösung zu untersuchen. Dabei muss die Probe mit einer photochromen Schicht bedeckt werden, welche durch einen Aktivierungslaser bei einer ersten Wellenlänge für einen Messlaser bei einer zweiten Wellenlänge intransparent geschaltet werden kann. Mittels der aus RESOLFT bekannten ringförmigen Mode (Doughnut) des Aktivierungslaserstrahls kann dann eine Blende für den untersuchenden Messlaserstrahl erzeugt werden. Dieser kann somit die Probe nur durch diese Blende hindurch beleuchten, wodurch auch nur Signale aus diesem zentralen Bereich zur Bildgebung beitragen. Wie bei der RESOLFT-Mikroskopie erfolgt eine Abrasterung der Oberfläche. In diesem Teilprojekt soll erforscht werden, ob sich mit einer dünnen AML und breitbandigem Messlicht eine hyperspektrale Nanoskopie realisieren lässt, wobei sich die Minimal- und Idealziele nach den Angaben im Anforderungskatalog richten. So möchte die AG Rembe in dem Projekt NanoVidere folgende wissenschaftliche Hypothesen beweisen: • Mit einem geeigneten zweidimensional rasternden und dadurch bildgebenden Auflicht-Nanoskop lassen sich mit Hilfe der AML laterale Auflösungen erreichen, die deutlich einen Faktor 2 unter der Beugungsgrenze eines rasternden Auflicht-Konfokalmikroskops liegen. • Mit den photochromen Polymerschichten lässt sich in Zusammenspiel mit dem Aktivierungslaser eine programmierbare Nahfeldblende für breitbandiges Messlicht erzeugen, so dass verschiedene optische Messverfahren wie Spektroskopie rasternd mit einer lateralen Auflösung weit unter der Beugungsgrenze durchgeführt werden können. • Mit Hilfe eines im Bezug zur Vorarbeit erweiterten Simulationsmodell und vergleichenden Experimenten lassen sich die physikalischen Vorgänge bei der hyperspektralen Bildgebung tiefgehend verstehen, so dass eine gezielte Optimierung des Verfahrens in Bezug auf die Aussagekraft der Messdaten vorgenommen werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen