この作品は若い調査官プログラム (NRF 2015R1C1A1A02036464)、工学研究センター プログラム (NRF 2015R1A5A1037668)、グローバル フロンティア (CAMM 2014M3A6B3063708) によって財政上支えられる、m. k. s. s.、I.K. 認めるグローバル博士科学省、ICT と韓国政府の将来計画 (MSIP) によって資金を供給された国立研究財団の韓国 (NRF) グラントを通じてフェローシップ (NRF-2017H1A2A1043204、NRF-2017H1A2A1043322、NRF-2016H1A2A1906519)。

1 です。 基板の準備 <ol><li>取得が高い水晶ウェハを洗練されました。報告作製のためここでは、500 μ m の厚みでウェーハを使用します</li>。
	<li>スピンコートで 2,000 rpm と 60 焼くポジ型フォトレジストによる石英ウエハ s 90 ° C 
	注: ポジ型フォトレジスト層以降切削手順中に破損しないようにコーティングされています</li>。
	<li>サイズの小片 20 × 20 mm 2 にフォトレジストでウェハをカットするダイシング マシンを使用します</li>。
	<li>切削手順から生じる粒子を削除する圧縮窒素銃を使用して爆破します</li>。
	<li>イオン交換 (DI) 水 45 で 5 分間の超音波風呂に配置 ° C. 削除 45 で 5 分間アセトン超音波浴を用いたフォトレジスト層 ° c. きれいに 2 つの超音波風呂、アセトン、イソプロピル アルコール、それぞれで 5 分間を用いた基板45 ° C</li>
	<li>乾燥した圧縮窒素銃を持つ基板</li>。
</ol> 2。マスク パターンをエッチング <ol><li>ロード クリーン石英基板上に高真空電子ビーム蒸着装置。基板回転が有効になっていることを確認します</li>。
	<li>は、2 の成膜速度とクロム層を堆積 Å/秒 
	注: 少なくとも 100 nm 厚層はエッチング マスク蒸着製ピンホールを防ぐために堆積する必要があります</li>。
	<li>商工会議所を口に銅テープを導集束イオンビーム (fib) ホルダー サンプルをマウントし口ボタンを押します</li>。
	<li>FIB チャンバーに FIB ホルダーを読み込む</li>。
	<li>部屋の扉を閉じるし、商工会議所を避難するポンプのボタンを押します</li>。
	<li>選択 &#34; ビーム &#34; ビーム制御タブとセットの下でイオン ビーム電流 (7.7 pA) と加速電圧 (30 kV) FIB モード</li>。
	<li>イオンビーム照射装置を有効にします</li>。
	<li>選択 &#34; ビーム &#34; 電子ビームをオンにして、低倍率ソフトウェアを使用してイメージを集中させビーム制御タブの下です</li>。
	<li>4 mm 走査型電子顕微鏡 (SEM) モードでナビゲーション タブの下で作動距離 (WD) を設定します</li>。
	<li>52 ° にホルダーの角度を設定し、穴の配列マスク パターン形成前に異なる倍率で SEM 画像</li>。
	<li>パターン タブの下には、パターニング地域を選択し、クロム層を 50 nm の穴の配列 。
	注: パターニング ツールの [パターン] タブからアクセスできるシンプルながあります。複雑なジオメトリと露出制御は、ビットマップをインポートまたはスクリプトを生成することによって実現できます</li>。
	<li>を終えた後、電子ビーム、イオンビーム システムをオフし、システム冷却します</li>。
	<li>は、出口ボタンを押すし、チャンバー内に窒素ガスを発散します。商工会議所のホルダーを取る</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して部屋を避難</li>。
</ol> 3。ウェット エッチング プロセスとマスク層の除去 <ol><li>1:10 にパターンの基板を置くバッファー酸化エッチング液 5 分 
	注: 石英等を個別・ ウェット エッチング、エッチング液では、球状の形を形成します。レンズの形状が得られるエッチング マスクとエッチング時間によって直径を精密に制御します。パターン径より球形の形を形作ることができます。5 分以内 1.5 μ m 径の半球を得ることができる</li>
	<li>・ ディ ・ バッファー酸化エッチング液 (5 分、2 回) をきれいにする水にパターンの基板を置く 。
	注: バッファー酸化エッチング液が危険である、このエッチング液を使用するとき注意してください</li>。
	<li>圧縮窒素ガスと試料を乾燥します</li>。
	<li>CR 7 クロム エッチング液クロム マスク レイヤーを削除するにパターンの基板を入れる 。
	注: クロム層を除去した後直径の球形パターン基板 1.5 μ m 取得できます</li>。
	<li>・ ディ ・水 (5 分) それをきれいにパターンの基板を置く</li>。
</ol> 4。多層膜蒸着とオブジェクト碑文のナノサイズ 注: レイヤーのペアは球状石英基板上に堆積します。ここでは、Ag および TiO 2 は、蒸着材として使用されます。Ag と TiO 2 15 の厚さで交互堆積した nm。
<ol><li>電子ビーム蒸着装置の出口ボタンを押すし、口が終わるまで待ちます</li>。
	<li>ベント後高真空電子ビーム蒸着装置にパターンの基板を読み込む</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して、10 -7 Torr の真空度に商工会議所を避難 。
	注意: 真空度は 10 -7 Torr 表面粗さによる散乱を減らすために保管すべきです</li>。
	<li>銀の層 1 の成長率を預金 Å/s と預金 15 nm 厚の銀の層します</li>。
	<li>5 分の基板を冷やす Ag 層の蒸着後</li>
	<li>別にるつぼを選択することによって電子ビーム蒸着装置のポケットを変更し、15 nm 厚 TiO 2 層 1/s. Å 預金の成長率で TiO 2 層を堆積します 。
	注: 蒸着プロセスの間フィルムの成長率が低く保たれ表面粗さの均一性を維持するために.</li>
	<li>TiO 2 層の堆積後クールダウン 5 分の基板を</li>
	<li>Ag と TiO 2 の多層成膜するサイクル数万の手順 4.4 4.7 を繰り返します 。
	注: この時点でハイパー レンズ製作は以上です。次の手順は、イメージ能力ハイパー レンズをテストするための任意のサブ diffraction 限定機能を作るためです。ナノメートル サイズの開口とスリットが刻まれている FIB 加工</li>。
	<li>電子ビーム蒸着装置のポケットを変更し、50 の厚さのクロム層を堆積 nm</li>。
	<li>Cr 層の堆積後、電子ビーム蒸着装置をオフにします。出口ボタンを押すし、窒素ガスを導入することにより、商工会議所を発散します</li>。
	<li>通気口後、部屋の扉を開くし、商工会議所のホルダーをマウントを取る。ハイパー レンズ試作デバイスをはがします</li>。
	<li>部屋の扉を閉じ、ポンプのボタンを押して部屋を避難</li>。
	<li>FIB 加工システムにクロムと入金ハイパー レンズをマウントし、メーカーごとのナノ構造をパターン &#39; の指示</li>。
</ol> 5。イメージング システムのアップとイメージング手順 <ol><li>場所従来透過型光学顕微鏡光学テーブルにします 。
	注: ここでは、倒立顕微鏡本体として使用された</li>。
	<li>アダプターを使用して顕微鏡照明パスに白色光源を接続します</li>。
	<li>は、410 を中心とした光バンドパス フィルターを配置 nm 。
	注: 光の特定の波長バンドパス フィルターが選択的に浸透しここでは、サンプルに 410 nm の光が点灯します。Ag と TiO 2 から成るハイパー レンズは 410 nm の波長で高性能を持っています。シミュレーション結果 ( 図 2 c) 410 nm の光で双曲線の分散関係を満たすハイパー レンズの性能を示しています</li>。
	<li>は、高倍率の油浸対物レンズを選択します。高品質の CCD カメラを使用して、イメージを取得します 。
	注: この光設定をちょうど置く禁止dpass 410 nm の波長光を整理する光パスにフィルターを適用します。白色光を使用せずサンプルに光の特定の波長を点灯ことができますが、通常研究室では、光学顕微鏡明視野または蛍光イメージングを通じてサンプルの観察の白色光源があります</li>。
	<li>は、対物レンズに液浸オイルの滴を配置します。サンプル ステージ、キャプチャ画像に、ハイパー レンズを配置します 。
	注: ハイパー レンズの内面に内接ナノサイズ オブジェクトは 410 nm の光を点灯することができます。ハイパー レンズ、ナノサイズ オブジェクトが拡大されるとする対物レンズで撮影したし、CCD カメラによるイメージします</li>。
</ol>

<ol>
	<li>Abbe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beitr&#228;ge+zur+Theorie+des+Mikroskops+und+der+mikroskopischen+Wahrnehmung.">Beitr&#228;ge zur Theorie des Mikroskops und der mikroskopischen Wahrnehmung.</a> Archiv f&#252;r mikroskopische Anatomie. 9 (1), 413-418 (1873).</li><li>D&#252;rig, U., Pohl, D. W., Rohner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-field+optical-scanning+microscopy.">Near-field optical-scanning microscopy.</a> J Appl Phys. 59 (10), 3318-3327 (1986).</li><li>Pendry, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+Refraction+Makes+a+Perfect+Lens.">Negative Refraction Makes a Perfect Lens.</a> Phys Rev Lett. 85 (18), 3966-3969 (2000).</li><li>Fang, N., Liu, Z., Yen, T. -. J., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regenerating+evanescent+waves+from+a+silver+superlens.">Regenerating evanescent waves from a silver superlens.</a> Opt Express. 11 (7), 682-687 (2003).</li><li>Fang, N., Lee, H., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-Diffraction-Limited+Optical+Imaging+with+a+Silver+Superlens.">Sub-Diffraction-Limited Optical Imaging with a Silver Superlens.</a> Science. 308 (5721), 534-537 (2005).</li><li>Melville, D. O. S., Blaikie, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+imaging+through+a+planar+silver+layer.">Super-resolution imaging through a planar silver layer.</a> Opt Express. 13 (6), 2127-2134 (2005).</li><li>Taubner, T., Korobkin, D., Urzhumov, Y., Shvets, G., Hillenbrand, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-Field+Microscopy+Through+a+SiC+Superlens.">Near-Field Microscopy Through a SiC Superlens.</a> Science. 313 (5793), 1595-1595 (2006).</li><li>Jacob, Z., Alekseyev, L. V., Narimanov, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Hyperlens:+Far-field+imaging+beyond+the+diffraction+limit.">Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit.</a> Opt Express. 14 (18), 8247-8256 (2006).</li><li>Lee, H., Liu, Z., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+optical+hyperlens+for+imaging+below+the+diffraction+limit.">Development of optical hyperlens for imaging below the diffraction limit.</a> Opt Express. 15 (24), 15886-15891 (2007).</li><li>Liu, Z., Lee, H., Xiong, Y., Sun, C., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Far-Field+Optical+Hyperlens+Magnifying+Sub-Diffraction-Limited+Objects.">Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects.</a> Science. 315 (5819), 1686-1686 (2007).</li><li>Kim, M., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterials+and+imaging.">Metamaterials and imaging.</a> Nano Converg. 2 (1), 22 (2015).</li><li>Byun, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+nanoimprinted+hyperlens+array+for+high-throughput+sub-diffraction+imaging.">Demonstration of nanoimprinted hyperlens array for high-throughput sub-diffraction imaging.</a> Sci Rep. 7, 46314 (2017).</li><li>Shekhar, P., Atkinson, J., Jacob, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperbolic+metamaterials:+fundamentals+and+applications.">Hyperbolic metamaterials: fundamentals and applications.</a> Nano Converg. 1 (1), 14 (2014).</li><li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-diffraction+demagnification+imaging+lithography+by+hyperlens+with+plasmonic+reflector+layer.">Sub-diffraction demagnification imaging lithography by hyperlens with plasmonic reflector layer.</a> RSC Advances. 6 (98), 95973-95978 (2016).</li><li>Sun, J., Xu, T., Litchinitser, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+demagnifying+hyperlens.">Experimental demonstration of demagnifying hyperlens.</a> Nano Lett. 16 (12), 7905-7909 (2016).</li><li>Kim, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+sub-wavelength+nanofocusing+of+UV-visible+light+by+hyperbolic+metamaterials.">Deep sub-wavelength nanofocusing of UV-visible light by hyperbolic metamaterials.</a> Sci Rep. 6, 38645 (2016).</li><li>Rho, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spherical+hyperlens+for+two-dimensional+sub-diffractional+imaging+at+visible+frequencies.">Spherical hyperlens for two-dimensional sub-diffractional imaging at visible frequencies.</a> Nat Commun. 1, 143 (2010).</li><li>Chen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-thin+ultra-smooth+and+low-loss+silver+films+on+a+germanium+wetting+layer.">Ultra-thin ultra-smooth and low-loss silver films on a germanium wetting layer.</a> Opt Express. 18 (5), 5124-5134 (2010).</li></ol>

著者は、彼らは競合する金銭的な利益があることを宣言します。

ハイパー レンズの作製には 3 つの主要な手順が含まれています: とか電子ビーム蒸発システムを用いた金属/誘電体多層膜を積層エッチング プロセスにより石英基板に半球のジオメトリを定義する、Cr のレイヤーのオブジェクト。ハイパー レンズの品質に大きく影響する可能性が、最も重要なステップは、2 番目です。薄膜成膜プロセスに明確な超解像イメージの特別なケアを必要とする 2 ?...

顕微鏡の発明につながったの細胞内の生体分子を観察する欲求および顕微鏡の出現は、最後の数世紀以上生物学、病理学および材料科学など様々 な分野の革命を伝達されます。しかし、研究のさらなる進展は約従来の顕微鏡の解像度を制限する回折によって制限されている波長1の半分。したがって、超解像度イメージング回折限界を克服するためには、最近数十年で興味深い研究領域をされています。
回折限界はオブジェクトのサブ波長情報を含むエバネッ セント波の損失に起因すると、エバネッ セント波が消えていくを防ぐためにまたはそれらの2,3を回復する初期の研究が行われています。回折限界を克服するために努力は、近接場光学顕微鏡、消費2される前にオブジェクトに近接エバネッ セント場を収集すると初めて報告されました。ただし、全体イメージ領域をスキャンし、それを再構築にかかる時間が長いと、リアルタイム イメージングに適用できません。「スーパー」エバネッ セント波を増幅するに基づいて別のアプローチは、リアルタイム イメージングの可能性を提供します、サブ波長イメージングは近傍領域でのみ可能なオブジェクト4,をはるかに超えてに到達できません。5,6,7。
最近、リアルタイム遠方光イメージング8,9,10、11,12への新しいアプローチとして、ハイパー レンズが浮上しています。高異方性双曲線メタマテリアル13の作られているハイパー レンズは同じ位相速度と高い空間情報をサポートできるようにフラット双曲線分散を表わします。さらに、運動量保存則のため高の横の波は徐々 に圧縮波を通過する円筒形状。この拡大情報、遠方界領域で従来は顕微鏡で検出できます。これは遠方の実時間イメージングに特に重要なの任意ポイントによってスキャンや画像再構成を必要としません。また、ハイパー レンズはナノリソグラフィを含むイメージング以外のアプリケーションに使用できます。逆にハイパー レンズを通過する光は、時間反転対称性14,,1516によるサブ回折領域に集中されます。
ここでは、表示の周波数で二次元の情報を拡大する球状のハイパー レンズについて報告する.従来の円筒形状とは異なりは、球状のハイパー レンズは実用的なイメージング アプリケーションを促進する 2 つの水平ディメンション内のオブジェクトを拡大します。製造方法と、ハイパー レンズ イメージング セットアップ高品質ハイパー レンズの再生のための詳細に掲載されています。サブ波長オブジェクトは、超解像の威力を証明するためにハイパー レンズに刻まれています。内接オブジェクトの小さな機能は、ハイパー レンズによって拡大されることを確認しました。したがって、リアルタイムで遠方界領域で明確に解決された画像が得られます。従来の顕微鏡との統合の容易さと球状ハイパー レンズのこの新しいタイプは、生物学、病理学および一般的なナノの新しい時代の幕開けにつながる実用的なイメージング アプリケーションの可能性を提供します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Focused Ion Beam milling machine</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Helios Nanolab G3 CX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam evaporation system</td>
			<td>Korea Vacuum Tech</td>
			<td>KVE-E4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscopy</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>SU6600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscopy</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axiovert 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light source</td>
			<td>EXCELITAS Technologies</td>
			<td>X-Cite 110 LED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Band pass filter</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>ET405/30M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Objective lens</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Plan-Apochromat</td>
			<td>NA=1.3, 100X</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Andor</td>
			<td>Zyla 4.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz wafer</td>
			<td>CORNING</td>
			<td>Fused Silica Corning 7980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buffered oxide etchant</td>
			<td>J.T Baker TM</td>
			<td>J.T.Baker 5175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist</td>
			<td>AZ electronic materials</td>
			<td>GXR-601 PR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chromium etchant</td>
			<td>SIGMA-ALDRICH</td>
			<td>651826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aceton</td>
			<td>J.T Baker TM</td>
			<td>UN1090</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>J.T Baker TM</td>
			<td>UN1219</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEM simulation tool</td>
			<td>COMSOL 5.1 Multiphysics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

demonstration of a hyperlens-integrated microscope and super-resolution imaging

超解像の従来の顕微鏡回折限界を克服するために画像の使用は、生物学、ナノテクノロジーの研究者の興味を集めています。近接場走査型顕微鏡と superlenses は、近傍領域の解像度を改善している、リアルタイムで遠方電界イメージングまま重要な課題になります。最近では、拡大し、波の伝播にエバネッ セント波を変換、ハイパー レンズは遠方電界イメージングへの新しいアプローチとして浮上しています。ここでは、銀 (Ag) とチタン (TiO2) 酸化物薄膜を交互で構成される球状ハイパー レンズの作製を報告します。従来の円筒形のハイパー レンズとは異なり球状ハイパー レンズ二次元拡大が可能です。したがって、従来の顕微鏡への取り込みは簡単です。新しい光学システム、ハイパー レンズと統合を提案することで、サブ波長画像でリアルタイムに遠方界領域で取得することができます。本研究で作製とイメージングのセットアップ方法は詳細に説明しました。この作品は、アクセシビリティと、ハイパー レンズの可能性だけでなく、細胞生物学、ナノテクノロジーの革命につながるのリアルタイム イメージングの実用的なアプリケーションにも説明します。

サブ回折機能を解決するハイパー レンズ装置の機能では、均一性と高品質の製作を依存しています。ここでは、ハイパー レンズは、交互に堆積した Ag と TiO2の多層で構成されます。図 2 aは、よく作られたハイパー レンズ17の SEM 像を示しています。断面の図では、Ag および Ti3O5薄膜の多層膜が半球状?...

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Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

ハイパー レンズの使用は、リアルタイム画像と従来の光学系と、単純な実装の利点による新規超解像イメージング技術としてみなされています。ここでは、作製を記述するおよびイメージング球状ハイパー レンズのアプリケーション プロトコルを提案する.

ハイパー レンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

demonstration-hyperlens-integrated-microscope-super-resolution

Research

JoVE Journal

Engineering

7.6K ビュー.  Pohang University of Science and Technology (POSTECH). ハイパー レンズの使用は、リアルタイム画像と従来の光学系と、単純な実装の利点による新規超解像イメージング技術としてみなされています。ここでは、作製を記述するおよびイメージング球状ハイパー レンズのアプリケーション プロトコルを提案する.

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Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

従来のホログラフィック光トラッピング機能を備えた高分解能顕微鏡の構成

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

工学

Single Plane Illumination Module and Micro-capillary Approach for a Wide-field Microscope

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures, e.g., multi-cellular tumor spheroids (MCTS). The SPIM excitation module shapes and deflects the light such that the sample is illuminated by a light sheet perpendicular to the detection path of the microscope. The system is characterized by use of a rectangular capillary for holding (and in an advanced version also by a micro-capillary approach for rotating) the samples, by synchronous adjustment of the illuminating light sheet and the objective lens used for fluorescence detection as well as by adaptation of a microfluidic system for application of fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs in small quantities. A protocol for working with this system is given, and some technical details are reported. Representative results include (1) measurements of the uptake of a cytostatic drug (doxorubicin) and its partial conversion to a degradation product, (2) redox measurements by use of a genetically encoded glutathione sensor upon addition of an oxidizing agent, and (3) initiation and labeling of cell necrosis upon inhibition of the mitochondrial respiratory chain. Differences and advantages of the present SPIM module in comparison with existing systems are discussed.

A module for single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and optimized for 3-dimensional cell cultures. The sample is located within a rectangular capillary, and via a microfluidic system fluorescent dyes, pharmaceutical agents or drugs can be applied in small quantities.

単一平面照明モジュールと広視野顕微鏡用マイクロキャピラリーアプローチ

A module for light sheet or single plane illumination microscopy (SPIM) is described which is easily adapted to an inverted wide-field microscope and ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

過分極磁気共鳴剤の研究のための多区画動的単一酵素ファントムの使用

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

MEMS検査および特性評価のためのコンパクトなレンズレスデジタルホログラフィック顕微鏡

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

走査型電子顕微鏡による半導体材料における拡張欠陥の総合的な特性評価

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building blocks in a bottom-up approach is still open. The scanning probe microscope (SPM) could be a tool of choice; however, SPM-based manipulation was until recently limited to two dimensions (2D). Binding the SPM tip to a molecule at a well-defined position opens an opportunity of controlled manipulation in 3D space. Unfortunately, 3D manipulation is largely incompatible with the typical 2D-paradigm of viewing and generating SPM data on a computer. For intuitive and efficient manipulation we therefore couple a low-temperature non-contact atomic force/scanning tunneling microscope (LT NC-AFM/STM) to a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles. This setup permits &#34;hand controlled manipulation&#34; (HCM), in which the SPM tip is moved according to the motion of the experimenter&#39;s hand, while the tip trajectories as well as the response of the SPM junction are visualized in 3D. HCM paves the way to the development of complex manipulation protocols, potentially leading to a better fundamental understanding of nanoscale interactions acting between molecules on surfaces. Here we describe the setup and the steps needed to achieve successful hand-controlled molecular manipulation within the virtual reality environment.

We demonstrate the precise manipulation of individual organic molecules on a metal surface with the tip of a scanning probe microscope driven in 3D by the experimenter's hand using a motion capture system and fully immersive virtual reality goggles.

3Dバーチャルリアリティのインターフェイスを持つ走査型プローブ顕微鏡を介した単一分子のハンド制御された操作

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

収差補正走査透過電子顕微鏡と 1 桁台のナノメートルの電子ビーム露光

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

Demonstration of Equal-Intensity Beam Generation by Dielectric Metasurfaces

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) is deposited on the fused silica substrate, using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Typical amorphous silicon deposited by evaporation causes severe optical loss, impinging the operation at visible frequencies. Hydrogen atoms inside the amorphous silicon thin film can reduce the structural defects, improving optical loss. Nanostructures of a few hundreds of nanometers are required for the operation of metasurfaces in the visible frequencies. Conventional photolithography or direct laser writing is not feasible when fabricating such small structures, due to the diffraction limit. Hence, electron beam lithography (EBL) is utilized to define a chromium (Cr) mask on the thin film. During this process, the exposed resist is developed at a cold temperature to slow down the chemical reaction and make the pattern edges sharper. Finally, a-Si:H is etched along the mask, using inductively coupled plasma&#8211;reactive ion etching (ICP-RIE). The demonstrated method is not feasible for large-scale fabrication due to the low throughput of EBL, but it can be improved upon by combining it with nanoimprint lithography. The fabricated device is characterized by a customized optical setup consisting of a laser, polarizer, lens, power meter, and charge-coupled device (CCD). By changing the laser wavelength and polarization, the diffraction properties are measured. The measured diffracted beam powers are always equal, regardless of the incident polarization, as well as wavelength.

A protocol for the fabrication and optical characterization of dielectric metasurfaces is presented. This method can be applied to the fabrication of not only beam splitters, but also of general dielectric metasurfaces, such as lenses, holograms, and optical cloaks.

誘電メタサーフェスによる等強度ビーム生成の実証

The fabrication and characterization protocol for a metasurface beam splitter, enabling equal-intensity beam generation, is demonstrated. Hydrogenated ...

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental techniques and methodologies. Here we use a novel home-built uniaxial-strain device integrated into our variable temperature scanning tunneling microscope that enables us to controllably manipulate in-plane uniaxial strain in samples and probe their electronic response at the atomic scale. Using scanning tunneling microscopy (STM) with spin-polarization techniques, we visualize antiferromagnetic (AFM) domains and their atomic structure in Fe1+yTe samples, the parent compound of iron-based superconductors, and demonstrate how these domains respond to applied uniaxial strain. We observe the bidirectional AFM domains in the unstrained sample, with an average domain size of ~50-150 nm, to transition into a single unidirectional domain under applied uniaxial strain. The findings presented here open a new direction to utilize a valuable tuning parameter in STM, as well as other spectroscopic techniques, both for tuning the electronic properties as for inducing symmetry breaking in quantum material systems.

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Using uniaxial strain combined with spin-polarized scanning tunneling microscopy, we visualize and manipulate the antiferromagnetic domain structure of Fe1+yTe, the parent compound of iron-based superconductors.

一軸歪 Fe1 +Yスピン偏極走査トンネル顕微鏡を使用して Te の反強磁性ドメイン操作を可視化

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

Implementation of a Nonlinear Microscope Based on Stimulated Raman Scattering

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. SRS imaging modality can be obtained using commercial laser-scanning microscopes by equipping with a non-descanned forward detector with proper bandpass filters and lock-in amplifier (LIA) detection scheme. A schematic layout of a typical SRS microscope includes the following: two pulsed laser beams, (i.e., the pump and probe directed in a scanning microscope), which must be overlapped in both space and time at the image plane, then focused by a microscope objective into the sample through two scanning mirrors (SMs), which raster the focal spot across an x-y plane. After interaction with the sample, transmitted output pulses are collected by an upper objective and measured by a forward detection system inserted in an inverted microscope. Pump pulses are removed by a stack of optical filters, whereas the probe pulses that are the result of the SRS process occurring in the focal volume of the specimen are measured by a photodiode (PD). The readout of the PD is demodulated by the LIA to extract the modulation depth. A two-dimensional (2D) image is obtained by synchronizing the forward detection unit with the microscope scanning unit. In this paper, the implementation of an SRS microscope is described and successfully demonstrated, as well as the reporting of label-free images of polystyrene beads with diameters of 3 &#181;m. It is worth noting that SRS microscopes are not commercially available, so in order to take advantage of these characteristics, the homemade construction is the only option. Since SRS microscopy is becoming popular in many fields, it is believed that this careful description of the SRS microscope implementation can be very useful for the scientific community.

In this manuscript, the implementation of a stimulated Raman scattering (SRS) microscope, obtained by the integration of an SRS experimental set-up with a laser scanning microscope, is described. The SRS microscope is based on two femtosecond (fs) laser sources, a Ti-Sapphire (Ti:Sa) and synchronized optical parametric oscillator (OPO).

刺激されたラマン散乱に基づく非線形顕微鏡の実施

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy uses near-infrared excitation light; therefore, it shares many multi-photon microscopic imaging properties. ...

ハイパー レンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ

ハイパーレンズ一体型顕微鏡と超解像イメージングのデモ