Διδακτορικός Φοιτητής
Ιωάννης Δρουγκάκης

Email

drougakis@materials.uoc.gr

Θέμα διδακτορικού

Απεικόνιση Σύμφωνων Κυμάτων Ύλης για Λιθογραφία Ατόμων

Coherent Matter Wave Imaging for Direct Atom Lithography

Επιβλέπων

Παπάζογλου Δημήτριος, μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Επιτροπή

Παπάζογλου Δημήτριος, μόνιμος επίκουρος καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

von Klitzin Wolf Dietrich Carl, Ερευνητής Β, ΙΤΕ, Ηράκλειο Κρήτης

Σαββίδης Παύλος, αναπληρωτής καθηγητής, ΤΕΤΥ, Παν/μιο Κρήτης

Περίληψη

Ένας από τους κύριους περιοριστικούς παράγοντες στην λιθογραφία είναι η χωρική συνοχή και το μήκος κύματος του φωτός που χρησιμοποιείται. Με τη χρήση φωτός με μήκος κύματος 193 νανομέτρων, η τεχνολογία αιχμής σήμερα στην λιθογραφία είναι περίπου 32 νανόμετρα χρησιμοποιώντας μη γραμμικές μεθόδους απεικόνισης. Το μήκος κύματος περιορίζει το περιεχόμενο πληροφορίας σε μέγεθος περίπου 0.1 μικρόμετρα. Η λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί να παράγει δομές της τάξης των νανομέτρων, αλλά περιορίζεται σε μία μόνο δέσμη, με αποτέλεσμα να έχει πολύ μικρές ταχύτητες εγγραφής. Στην προτεινόμενη διδακτορική μου διατριβή θα αναπτύξω νέες μεθόδους απεικόνισης κυμάτων ύλης. Η χρήση συμπυκνωμάτων Bose Einstein ατόμων ρουβιδίου σαν πηγή, εγγυάται σχεδόν τέλεια χωρική συνοχή. Αυτό το κύμα ύλης θα χειριστεί με οπτικά δυναμικά σαν μάσκα φάσης και έπειτα θα απεικονιστεί χρησιμοποιώντας μαγνητικούς φακούς, μεταφέροντας τελικά την πραγματική εικόνα σε ένα υπόστρωμα. Αυτοί η φακοί έχουν σχεδόν τέλειο παραβολικό σχήμα με αναρμονικότητες της τάξης 10^-4 και αμελητέα τραχύτητα επιφανείας. Το μήκος κύματος των κυμάτων ύλης, σε αντίθεση με αυτά του φωτός, εξαρτάται από την ταχύτητα τους. Χρησιμοποιώντας διαθέσιμους φακούς στο εργαστήριο, αναμένουμε ότι θα φτάσουμε μήκη κύματος κάτω από το νανόμετρο—με την αντίστοιχη θεωρητική ανάλυση. Ο στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η εξερεύνηση των ορίων αυτής της τεχνικής απεικόνισης, η οποία θα χαράξει τον δρόμο σε μια δραματική αύξηση της ανάλυσης σε σύγκριση με τα υπάρχοντα συστήματα δεσμών ατόμων.

Abstract

One of the main limiting factors in lithography is the spatial coherence and the wavelength of the light used. Using light with a wavelength of 193nm, the state of the art in lithography is about 32nm using non-linear processes. The wavelength limits the information content to a pattern size of about 0.1 um. Electron beam lithography can write features down to a few nanometers in size, but is limited to a single beam, resulting in very low writing speeds. In my proposed thesis work I will develop new imaging techniques for matter waves. Using a Bose-Einstein Condensate of Rubidium atoms as the initial source will guarantee near perfect spatial coherence. This matter wave will then be manipulated using optical potentials as a phase mask, and then imaged using magnetic lenses, eventually relaying the real image onto a substrate. These lenses have a perfectly parabolic shape with anharmonicities in the order of 10^-4 with negligible surface roughness. The wavelength of the matter waves (as opposed to the one of light) depend on their velocity. Using the standard lenses already available in the laboratory, we expect that we can reach sub-nanometer wavelengths — with its corresponding theoretical resolution. The aim of the thesis will be to explore the limits of this imaging technique paving the way to an extreme increase in resolution as compare to the more traditional atomic beam systems.

facebook icon