「甜甜圈光束」 突破奈米光子學瓶頸
編譯／高晟鈞
近日，在一項最新的研究中，來自科羅拉多大學的研究人員使用甜甜圈形狀的光束來拍攝那些太小而無法用傳統顯微鏡觀察到的物體詳細圖像。這項技術將幫助科學家改進一系列奈米電子學的內部運作，包括電腦晶片中的微型半導體。
由於光的物理原理，使用鏡頭成像工具只能以約200奈米的解析度觀測。然而，這對於許多更小維度的病毒來說遠遠不夠。
2000年首創的同調繞射顯微術則幫助研究人員突破這層障礙。
同調繞射顯微技術（ptychography）
同調繞射顯微術是一種新穎且無透鏡的顯微技術。與傳統顯微鏡不同，他並不能直接觀察到小物體；相反地，他們使用雷射光束照射目標物，然後測量光如何散射，有點類似皮影戲的原理。
更準確地來說，同調繞射顯微術並不使用鏡頭來檢索影像，而是使用演算法。利用，雷射光照射目標物後，對其進行多次掃描，最後透過靈敏的探測器紀錄散射圖案的模式，並進行數學方程式的分析。「只要有足夠的時間，我們就能根據投射陰影重新塑造木偶的形狀。」研究作者Margaret Murnane解釋道。
這項技術的表現近乎完美，除了一種情況──具有高度週期性的樣本，或是具有重複模式的物體。某些物體就具有這種形式；例如一些由矽或碳原子組成的半導體，就是以網格或網狀等規則圖案連接組成的。而如果你用雷射光照射在這種規律性極高的半導體上，他們會產生極其均勻的散射圖案，而同調繞射無法針對沒有太多變化的圖案進行演算。
甜甜圈顯微鏡
在此研究中，研究團隊使用極紫外線光束取代普通雷射光，並使用一種名為螺旋相位板的裝置將這些光束扭曲成漩渦狀，當其照射在平面上，就像一個甜甜圈一樣。
這種新穎的成像方法可以對10到100奈米大小的結構進行精確成像。更重要的是，這種甜甜圈顯微鏡並不會像傳統的電子顯微鏡一樣，對微型電子設備造成損壞。
將來，這種方法可以用於檢查製造的半導體聚合物是否有缺陷，更甚至觀察許多更小更脆弱的物體，像是病毒與活體生物細胞的運作等等。
資料來源:Innovation
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