Materialforschung Neue Terahertz-Bildgebung macht winzige Strukturen sichtbar

Terahertz-Strahlung dient vielen Zwecken, etwa zur Materialprüfung. Bislang war die Auflösung des Verfahrens relativ grob. Nun stellen Forscher einen Weg vor, auch winzige Strukturen sichtbar zu machen.

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

TRACO ELECTRONIC GMBH

ISH Ingenieursozietät GmbH

Forscher haben ein Verfahren gefunden, mit Terahertz-Strahlung Strukturen sichtbar zu machen, die wesentlich kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlen. Damit konnten sie einen mikroelektronischen Schaltkreis auf der Rückseite einer kleinen Siliziumplatte aufnehmen. Künftig könnte man so auch etwa Nervenbahnen und ähnliche Strukturen in Organismen erfassen, schreiben Rayko Stantchev von der englischen Universität Exeter und seine Kollegen im Fachjournal „Science Advances“.

Terahertz-Strahlung ist eine weniger schädliche Alternative zur Röntgenstrahlung, um Gegenstände und organisches Gewebe zu durchleuchten. Sie hat allerdings zwei bedeutende Nachteile: Die im Verhältnis zum sichtbaren Licht große Wellenlänge von 0,15 bis 1,5 Millimetern löst feine Strukturen weniger gut auf als optische Mikroskope. Außerdem gibt es bisher nur teure Lösungen, um Terahertz-Strahlen so aufzufangen, dass sie zur Bildgebung verwendet werden können.

Das Team um Stantchev baute nun einen Apparat, in dem die Strahlen durch einen sehr empfindlichen Einzelpixel-Detektor erfasst werden. Dazu müssen die Terahertz-Strahlen nicht nur stark fokussiert, sondern auch vor ihrer Registrierung komprimiert werden. Dies geschieht, indem der Gegenstand doppelt bestrahlt wird: Ein Infrarot-Laser bildet mittels einer Mikrospiegelfläche eine gerasterte Maske mit bestrahlten und unbestrahlten Punkten (ähnlich einem QR-Code). Dadurch werden Teile des Gegenstands für die gleichzeitig abgegebenen Terahertz-Strahlen undurchlässig und werden nicht erfasst. Mit Hilfe von Algorithmen werden die fehlenden Teile des Bildes jedoch anschließend ergänzt.

Auf diese Weise erzielten die Forscher eine hohe Auflösung der Strukturen, ohne den Einzelpixel-Detektor zu überlasten. Die unterschiedliche Brechung der Terahertz-Strahlen durch die Siliziumplatte und den metallischen Mikroschaltkreis lässt dann das Bild entstehen. Mit einer Wellenlänge von 400 Mikrometern (Tausendstel Millimetern) erzielten Stantchev und Kollegen eine Auflösung von 100 Mikrometern. Ansatzweise ist auf einem Terahertz-Bild sogar eine acht Mikrometer große Lücke in einer Leitungsbahn zu sehen.

Bisher werden Terahertz-Strahlen vor allem in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt, um etwa Haarrisse zu erkennen. Bei Gemälden machen die Strahlen übermalte Schichten sichtbar. Das Team um Stantchev ist zuversichtlich, dass Terahertz-Strahlung durch neue Verfahren künftig auch zur Herstellung von Halbleitern und zur Untersuchung von lebendem Gewebe dienen kann.

Photonik-Sensor

Terahertz-Sensor ermöglicht genauere Analysegeräte

(ID:44091828)