Kathodoluminescentie meet interacties tussen licht en materie

Amolf gebruikt kathodoluminescentietechnieken om vrije elektronen te meten die langs een metalen oppervlak bewegen. De techniek kan worden gebruikt voor nauwkeurigere metingen die de productie van computerchips ten goede komen.

Het artikel Angle-resolved cathodoluminescence interferometry of plasmonic and dielectric scatterers, met de nieuwste bevindingen, is gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters.

Eerste auteur Evelijn Akerboom: “Stel je voor dat je een steen over een kalme vijver laat stuiteren. Elke keer dat de steen het water raakt, ontstaat er een golf die zich naar buiten verspreidt. Doordat die golven elkaar overlappen, interfereren ze, soms versterken ze elkaar, soms heffen ze elkaar op. Ze creëren een prachtig, complex patroon op het water. In ons recente werk bootsen we dit fenomeen na, maar dan een miljoen keer kleiner, met behulp van elektronen en licht.

“We gebruiken een techniek genaamd kathodoluminescentie: licht wordt uitgezonden wanneer een elektron een materiaal raakt in de scanning elektronenmicroscoop (SEM). Hoewel SEM’s traditioneel worden gebruikt om zeer kleine objecten af ​​te beelden, stelt kathodoluminescentie ons in staat om met een hoge resolutie te bestuderen hoe deze objecten met licht interacteren.

“In dit project onderzoeken we kathodoluminescentie-interferometrie, waarbij het elektron de rol van stuiterende steen speelt. Wanneer het langs een metalen punt vliegt, lanceert het een sferische lichtgolf. Even later interageert het met het gouden oppervlak eronder, waardoor een tweede golf ontstaat. Net als rimpelingen in een vijver ontmoeten deze lichtgolven elkaar en interfereren ze. Het resulterende interferentiepatroon bevat waardevolle informatie.”

Wat te meten?

“Door de afstand tussen de fringes zorgvuldig te analyseren, meten we de afstand tussen twee objecten zeer nauwkeurig. We kunnen ook meten hoe lang het elektron erover doet om tussen interactiepunten te reizen. Met andere woorden, de vluchttijd van een enkel elektron op de femtoseconde-tijdschaal.”

Toepassing

Hoewel veel van dit werk fundamentele vragen over de interacties tussen elektron, licht en materie behandelt, heeft het ook praktische toepassingen. In de halfgeleiderproductie kan de kwaliteit van een chip bijvoorbeeld lijden onder kleine afwijkingen tijdens de fabricage. Evelijn: “Onze techniek opent nieuwe toepassingen voor nauwkeurigere 3D-metingen op nanoschaal tijdens de fabricage, wat bijdraagt ​​aan betere chipprestaties. Een i3 omtoveren tot een i7, om het zo maar te zeggen.”