Lichtbron zo klein als laptop geeft extreem ultraviolet licht

Koreaanse fysici ontwikkelden een extreem-ultraviolet-lichtbron die vele malen kleiner is dan de conventionele bronnen zoals hier . foto Philips Philips

Zuid-Koreaanse natuurkundigen hebben een compacte bron voor extreem ultraviolet ontwikkeld. Met licht van zo korte golflengte – ongeveer tien keer korter dan de golflengte van zichtbaar (blauw) licht – kunnen microscopen veel kleinere details onderscheiden. Het is bovendien mogelijk om er nog kleinere structuren mee te maken op computerchips. Bedrijven als ASML en Zeiss hebben al een aantal jaren een ambitieus onderzoeksprogramma om dat voor elkaar te krijgen met licht van een golflengte van 13,5 nanometer. De bestaande lichtbronnen zijn echter enorm duur en onhandig groot. Seungchul Kim en zijn collega’s van het Korea Advanced Institute of Science and Technology verwachten uiteindelijk een extreem ultraviolette lichtbron te kunnen maken ter grootte van een laptop (Nature, 5 juni).

De Koreanen focusseerden infrarode laserpulsen – elk niet langer dan tien femtoseconden (een miljardste microseconde) – met behulp van een lens tot een zo klein mogelijk lichtvlekje. Daardoor nam de intensiteit van het licht toe tot ongeveer 100 gigawatt per vierkante centimeter. Dat was echter niet voldoende om extreem ultraviolet licht op te wekken.

Maar Kim en zijn collega’s hadden bedacht dat ze het licht nog een factor honderd intenser zouden kunnen maken door het te richten op een oppervlak met gouden nanostructuren: kleine gouden driehoekjes van nog geen 100 nanometer, gerangschikt in de vorm van vlinderstrikjes. De interactie tussen het licht en de elektronen in het goud zorgde voor verdere concentratie en versterking van het licht. De laserpulsen waren daarna zo intens dat ze een elektron konden onttrekken aan de atomen van het edelgas argon, bij het oppervlak. In het lichtveld van de puls werd het elektron, als een bootje op de hoge golven in een storm, ook weer terug gestuwd naar het argonatoom. De overtollige energie van het meegevoerde elektron werd daarna, bij terugkeer in het atoom, uitgezonden in de vorm van extreem ultraviolette straling. Voorlopig is de kortste golflengte van die uitgezonden straling 47 nanometer. In een begeleidend commentaar in Nature wordt zelfs de mogelijkheid genoemd een heleboel van deze bronnetjes naast elkaar te zetten om zo een extreem ultraviolette laser te maken. Rob van den Berg