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ffentliches Erscheinungsdatum: 18 Dezember 2007

Schnellere Röntgeninterferometer durch Einzelphotoneninterferenz

Diese Verffentlichung ist auch verfgbar auf Englisch.

Mit Rntgeninterferometern knnen Lngen bis in den mm-Bereich mit einer Auflsung von unter einem nm gemessen werden. Die geringe Translationsgeschwindigkeit der Interferometer, die den Einsatz in der Praxis erschwerte, konnte jetzt um den Faktor 100 gesteigert werden, indem die zeitliche Korrelation einzeln interferierender Rntgenphotonen ausgenutzt wurde.

Rontgeninterferometer konnen Langen im mm-Bereich mit Sub-nm-Auflosung messen, wobei das nahezu perfekte Kristallgitter von hochreinem Silicium als Langenskale genutzt wird. Die Dimensionen beliebiger sub-m-strukturierter Proben werden dabei mit dem Gitterparameter von Silicium (α0~ 0,543... nm) verglichen, der im Projekt zur Neubestimmung der Avogadrokonstanten extrem przise bestimmt wurde. Fr messtechnische Anwendungen im Zusammenhang mit Rastersondenmikroskopen sind solche Messungen von groer Bedeutung.

Einer weiteren Verbreitung dieser Methode standen aber bisher geringe Translationsgeschwindigkeiten von nur 1 nm/s bis 10 nm/s entgegen. Sie sind Folge der begrenzten Intensitt typischer Labor-Rntgenquellen: Die notwendige Filterung des periodischen Interferenzsignals fhrt zu einer Kontrastverminderung, die bei einer klassischen Messung ein langsames Verfahren des Interferometers erforderlich macht.

Quantenmechanisch kommt es aber auch in einem stark verdnnten Strom von Rntgenphotonen zur Interferenz: Als Wellenpaket betrachtet, folgen selbst einzelne Photonen in ihrem zeitlichen Auftreffen auf den Detektor der gleichen Wahrscheinlichkeit, die im Fall ausreichend intensiven Rntgenlichts zu dem kontinuierlichen Signal fhrt, dessen Periode man bestimmen mchte. Dieser wohlbekannte quantenmechanische Sachverhalt wird nun gezielt ausgenutzt: Protokolliert man die Zeiten, zu denen die einzelnen Photonen auftreffen, kann man durch eine anschlieende Fouriertransformation dieser Zeitreihe sehr genau die Frequenz bestimmen, mit der die Gitterperioden durchfahren wurden. Bei konstanter Geschwindigkeit lsst sich damit die Weginformation rekonstruieren und man erhlt die gleiche Information wie bei der klassischen Messung, aber in sehr viel krzerer Zeit.

So konnten Translationsgeschwindigkeiten bis zu 1000 nm/s realisiert werden. Die Methode wird in Zukunft nicht nur in weiter verbesserten Messpltzen zur Bestimmung des Gitterparameters von Silicium, sondern darber hinaus auch fr andere Lngenmessungen in der Nanotechnologie eingesetzt werden.

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