एक Hyperlens-एकीकृत माइक्रोस्कोप और सुपर संकल्प इमेजिंग का प्रदर्शन
Summary
एक hyperlens का उपयोग एक उपंयास सुपर संकल्प इमेजिंग वास्तविक समय इमेजिंग और पारंपरिक प्रकाशिकी के साथ अपने सरल कार्यांवयन में अपने फायदे के कारण तकनीक के रूप में माना गया है । यहां, हम एक गोलाकार hyperlens के निर्माण और इमेजिंग अनुप्रयोगों का वर्णन एक प्रोटोकॉल मौजूद ।
Abstract
सुपर संकल्प इमेजिंग का उपयोग पारंपरिक माइक्रोस्कोपी की विवर्तन सीमा पर काबू पाने के लिए जीव विज्ञान और नैनो में शोधकर्ताओं के हित को आकर्षित किया है । हालांकि निकट क्षेत्र स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी और superlenses निकट क्षेत्र क्षेत्र में संकल्प में सुधार हुआ है, सुदूर क्षेत्र इमेजिंग वास्तविक समय में एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है । हाल ही में, hyperlens, जो magnifies और evanescent तरंगों का प्रचार तरंगों में धर्मांतरित, सुदूर क्षेत्र इमेजिंग के लिए एक उपंयास दृष्टिकोण के रूप में उभरा है । यहां, हम बारी चांदी (एजी) और टाइटेनियम ऑक्साइड (TiO2) पतली परतों से बना एक गोलाकार hyperlens के निर्माण की रिपोर्ट । एक पारंपरिक बेलनाकार hyperlens के विपरीत, गोलाकार hyperlens दो आयामी आवर्धन के लिए अनुमति देता है । इस प्रकार, पारंपरिक माइक्रोस्कोपी में शामिल करना सीधा है । एक नया ऑप्टिकल hyperlens के साथ एकीकृत प्रणाली का प्रस्ताव है, एक उप तरंग दैर्ध्य छवि के लिए अनुमति देने के लिए वास्तविक समय में दूर क्षेत्र क्षेत्र में प्राप्त किया जाएगा । इस अध्ययन में निर्माण और इमेजिंग सेटअप विधियों को विस्तार से समझाया गया है । यह काम भी पहुंच और hyperlens की संभावना का वर्णन करता है, साथ ही साथ रहने वाले कोशिकाओं में वास्तविक समय इमेजिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोगों, जो जीव विज्ञान और नैनो में एक क्रांति के लिए नेतृत्व कर सकते हैं ।
Introduction
एक के लिए जीवित कोशिकाओं में जैव अणुओं का पालन करने के लिए माइक्रोस्कोपी के आविष्कार के नेतृत्व में इच्छा है, और माइक्रोस्कोपी के आगमन जैसे जीव विज्ञान, विकृति विज्ञान के रूप में विभिंन क्षेत्रों की क्रांति का प्रचार किया, और सामग्री साइंस, पिछले कुछ सदियों से । हालांकि, अनुसंधान के आगे की उंनति विवर्तन द्वारा प्रतिबंधित किया गया है, जो पारंपरिक सूक्ष्मदर्शी के संकल्प के बारे में आधा करने के लिए सीमा तरंग दैर्ध्य1। इसलिए, सुपर संकल्प इमेजिंग विवर्तन सीमा पर काबू पाने के लिए हाल के दशकों में एक दिलचस्प अनुसंधान क्षेत्र रहा है ।
के रूप में विवर्तन सीमा evanescent तरंगों है कि वस्तुओं पर उप तरंग दैर्ध्य जानकारी शामिल की हानि के लिए जिंमेदार ठहराया है, जल्दी अध्ययन दूर लुप्त होती से evanescent तरंगों रखने के लिए या उंहें2,3ठीक करने के लिए आयोजित किया गया है । विवर्तन सीमा पर काबू पाने के प्रयास पहले लगभग क्षेत्र स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी, जो वस्तु के करीब निकटता में evanescent क्षेत्र इकट्ठा पहले यह2अपव्यय है के साथ सूचित किया गया था । हालांकि, के रूप में पूरी छवि क्षेत्र स्कैनिंग और यह एक लंबे समय लेता है reconstructing, यह वास्तविक समय इमेजिंग करने के लिए लागू नहीं किया जा सकता है । हालांकि एक और दृष्टिकोण “superlens,” जो evanescent तरंगों को प्रवर्धित पर आधारित है, वास्तविक समय इमेजिंग की संभावना प्रदान करता है, उप तरंग दैर्ध्य इमेजिंग केवल निकट क्षेत्र क्षेत्र में सक्षम है और अभी तक नहीं पहुंच सकता है वस्तुओं4से परे, 5 , ६ , 7.
हाल ही में, hyperlens वास्तविक समय सुदूर क्षेत्र ऑप्टिकल इमेजिंग8,9,10,11,12के लिए एक उपंयास दृष्टिकोण के रूप में उभरा है । hyperlens, जो अत्यधिक अनिसोट्रोपिक अतिपरवलयिक metamaterials13से बना है, एक सपाट अतिशयोक्तिपूर्ण फैलाव दर्शाती है ताकि यह एक ही चरण के वेग के साथ उच्च स्थानिक जानकारी का समर्थन करे । इसके अलावा, गति संरक्षण कानून के कारण, उच्च अनुप्रस्थ wavevector धीरे लहर बेलनाकार ज्यामिति के माध्यम से चला जाता है के रूप में संकुचित है । इस प्रकार बढ़ाया जानकारी सुदूर क्षेत्र क्षेत्र में एक पारंपरिक माइक्रोस्कोप द्वारा पता लगाया जा सकता है । यह किसी भी बिंदु-दर-बिंदु स्कैनिंग या छवि पुनर्निर्माण की आवश्यकता नहीं है के रूप में यह वास्तविक समय तक सुदूर क्षेत्र इमेजिंग करने के लिए विशेष महत्व का है । इसके अलावा, hyperlens इमेजिंग के अलावा अन्य अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता, nanolithography सहित. प्रकाश है कि रिवर्स दिशा में hyperlens के माध्यम से गुजरता है एक उप विवर्तन समय उत्क्रमणीय समरूपता14,15,16के कारण क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित किया जाएगा ।
यहां, हम एक गोलाकार hyperlens कि दृश्य आवृत्ति पर दो आयामी जानकारी magnifies पर रिपोर्ट । पारंपरिक बेलनाकार ज्यामिति के विपरीत, गोलाकार hyperlens दो पार्श्व आयामों में magnifies वस्तुओं, व्यावहारिक इमेजिंग अनुप्रयोगों की सुविधा । निर्माण विधि और इमेजिंग सेटअप hyperlens के साथ एक उच्च गुणवत्ता hyperlens के प्रजनन के लिए विस्तार से प्रस्तुत कर रहे हैं । एक उप-तरंग दैर्ध्य वस्तु अपनी अति-संपति शक्ति को सिद्ध करने की खातिर hyperlens पर खुदा है । यह पुष्टि की है कि खुदा वस्तुओं की छोटी सुविधाओं hyperlens द्वारा बढ़ाया जाता है । इस प्रकार, स्पष्ट रूप से हल छवियों को वास्तविक समय में दूर क्षेत्र क्षेत्र में प्राप्त कर रहे हैं । गोलाकार hyperlens के इस नए प्रकार, पारंपरिक माइक्रोस्कोपी के साथ एकीकरण के अपने आसानी के साथ, व्यावहारिक इमेजिंग अनुप्रयोगों की संभावना प्रदान करता है, जीव विज्ञान, पैथोलॉजी में एक नए युग की सुबह के लिए अग्रणी, और सामान्य nanoscience.
Protocol
1. सब्सट्रेट वडा प्राप्त अत्यधिक परिष्कृत क्वार्ट्ज वेफर । निर्माण के लिए यहां रिपोर्ट, एक ५०० & #181 के साथ एक वेफर का उपयोग करें; m मोटाई. स्पिन-कोट ६० एस के लिए २,००० rpm और सेंकना पर एक सकारात्मक photor…
Representative Results
Discussion
एक hyperlens के निर्माण के तीन प्रमुख कदम शामिल हैं: एक गीला-नक़्क़ाशी प्रक्रिया के माध्यम से क्वार्ट्ज सब्सट्रेट में अर्धगोल ज्यामिति को परिभाषित करने, एक इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण प्रणाली का उपयोग कर धात?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम वित्तीय रूप से युवा अन्वेषक कार्यक्रम (एनआरएफ-2015R1C1A1A02036464), इंजीनियरिंग रिसर्च सेंटर प्रोग्राम (एनआरएफ-2015R1A5A1037668) और ग्लोबल फ्रंटियर प्रोग्राम (कामम-2014M3A6B3063708), एम, एस, I.K. ग्लोबल पीएचई स्वीकार द्वारा समर्थित है । फैलोशिप (एनआरएफ-2017H1A2A1043204, एनआरएफ-2017H1A2A1043322, एनआरएफ-2016H1A2A1906519) कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) के माध्यम से विज्ञान मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित अनुदान, आईसीटी और भविष्य की योजना (MSIP) कोरियाई सरकार की ।
Materials
| Focused Ion Beam milling machine | FEI | Helios Nanolab G3 CX | |
| E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
| Scanning electron microscopy | Hitachi | SU6600 | |
| Inverted microscopy | Zeiss | Axiovert 200 | |
| Light source | EXCELITAS Technologies | X-Cite 110 LED | |
| Band pass filter | Chroma | ET405/30M | |
| Objective lens | Zeiss | Plan-Apochromat | NA=1.3, 100X |
| CCD camera | Andor | Zyla 4.2 | |
| Quartz wafer | CORNING | Fused Silica Corning 7980 | |
| Buffered oxide etchant | J.T Baker TM | J.T.Baker 5175 | |
| Photoresist | AZ electronic materials | GXR-601 PR | |
| Chromium etchant | SIGMA-ALDRICH | 651826 | |
| Aceton | J.T Baker TM | UN1090 | |
| Isopropyl alcohol | J.T Baker TM | UN1219 | |
| FEM simulation tool | COMSOL 5.1 Multiphysics |
References
- Abbe, E. Beiträge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung. Archiv für mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).
- Dürig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. Near-field optical-scanning microscopy. J Appl Phys. 59 (10), 3318-3327 (1986).
- Pendry, J. B. Negative Refraction Makes a Perfect Lens. Phys Rev Lett. 85 (18), 3966-3969 (2000).
- Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -. J., Zhang, X. Regenerating evanescent waves from a silver superlens. Opt Express. 11 (7), 682-687 (2003).
- Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens. Science. 308 (5721), 534-537 (2005).
- Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. Super-resolution imaging through a planar silver layer. Opt Express. 13 (6), 2127-2134 (2005).
- Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens. Science. 313 (5793), 1595-1595 (2006).
- Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit. Opt Express. 14 (18), 8247-8256 (2006).
- Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit. Opt Express. 15 (24), 15886-15891 (2007).
- Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects. Science. 315 (5819), 1686-1686 (2007).
- Kim, M., Rho, J. Metamaterials and imaging. Nano Converg. 2 (1), 22 (2015).
- Byun, M., et al. Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging. Sci Rep. 7, 46314 (2017).
- Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications. Nano Converg. 1 (1), 14 (2014).
- Liu, L., et al. Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer. RSC Advances. 6 (98), 95973-95978 (2016).
- Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. Experimental demonstration of demagnifying hyperlens. Nano Lett. 16 (12), 7905-7909 (2016).
- Kim, M., et al. Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials. Sci Rep. 6, 38645 (2016).
- Rho, J., et al. Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies. Nat Commun. 1, 143 (2010).
- Chen, W., et al. Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer. Opt Express. 18 (5), 5124-5134 (2010).
