Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 67 Ausgehend von unserer Grundlagenforschung in der Starkfeld- und Attosekunden-Laserphysik haben wir eine Methode erfunden und patentiert, mit der die Optische Kohärenztomografie (OCT), die im Mikrometerbereich zerstörungsfrei Quer- schnittsbilder erzeugen kann und z.B. beim Au- genarzt alltäglich geworden ist, zu extrem kurzen Wellenlängen verallgemeinert werden kann. Bei dieser von uns XUV Coherence Tomography (XCT) genannten Methode konnte bei Experimen- ten am Synchrotron eine Auflösung bis hinab zu 3 Nanometern erzielt werden. Die Besonderheit der Kohärenztomografie ist die Tatsache, dass sie mit breitbandigem Licht arbeitet. Die Tiefen- auflösung ist sogar umso besser, je breitbandi- ger die Strahlung ist. Damit ist die Motivation offensichtlich, die mit Femtosekundenlasern mit- tels High-harmonic Generation (HHG) relativ leicht erzeugbare XUV-Strahlung für die Bildge- bung einzusetzen: Neben ihrer kurzen Wellenlän- ge zeichnen sich HHG-Spektren durch eine sehr große Bandbreite aus. In den vergangenen Jahren haben wir in- tensiv an der Entwicklung von Instrumenten gear- beitet, die die Übertragung unserer Synchrotron- XCT-Experimente in unser Laserlabor ermögli- chen. Tatsächlich ist es gelungen, erste XCT- Aufnahmen von in Silizium vergrabenen Struktu- ren mit einer HHG-Quelle anzufertigen. Die er- reichte Tiefenauflösung betrug dabei ca. 20 nm. Eine überaus beeindruckende Eigenschaft der XCT ist ihre Sensitivität. Wir konnten eine nur 2 bis 3 nm dünne Siliziumdioxid-Schicht, die unbe- absichtigt beim Herstellungsprozess entstanden war, sehr leicht nachweisen. Mit herkömmlichen Bildgebungsmethoden hatte wir interessanter- weise große Schwierigkeiten, das Resultat zu verifizieren, bis schließlich ein nanometer-dünnes Scheibchen aus der Probe für die Untersuchung im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) herauspräpariert wurde. Die XCT scheint uns ein sehr großes An- wendungspotential zu haben. Neben den bereits beschriebenen Eigenschaften Tiefenauflösung und Sensitivität ist offensichtlich, dass auch die Zeitauflösung zumindest im Femtosekundenbe- reich liegt. Damit ergibt sich ein weites Anwen- dungsfeld in der Festkörperphysik. Die Thematik ist auch für die Vernetzung am Standort interes- sant. Hingewiesen sei in diesem Zusammenhang auf die Zusammenarbeit mit dem Helmholtz- Institut und die bemerkenswerten Erfolge bei der Nanoskalige Bildgebung durch XUV-Kohärenztomographie Kohärenztomogramm einer Siliziumprobe mit zwei in 200 bzw. 300 nm Tiefe vergrabenen strukturierten Goldschichten. Außerdem zu sehen ist die hier blau gefärbte wenige Nanometer dünne SiO 2 -Schicht. . Steigerung des XUV-Photonenflusses durch die Entwicklung von Femtosekundenlasern mit bis- lang nicht gekannter Durchschnittsleistung. Ent- sprechend rückt die Ausdehnung der XCT ins Wasserfenster und Anwendungen in den Lebens- wissenschaften in Reichweite. Tatsächlich ist die XUV-Mikroskopie einschließlich der XCT Teil des Exzellenzcluster-Antrags Balance in the Micro- verse . Wir haben begonnen, Aufbauten zu entwi- ckeln, die die Verknüpfung mit Fluoreszenzmikro- skopie ermöglichen. Der neue Lehrstuhl für Su- perauflösende Mikroskopie ist dabei ein natürli- cher Kooperationspartner.