Fabrication of Soft X-ray Diffractive Lenses with Resolution in the Nanometer Range

Durante las ultimas decadas, la construccion de anillos de almacenamiento de electrones exclusivamente dedicados a la produccion de radiacion sincrotron ha sido la clave para justificar el gran desarrollo de los componentes opticos para rayos X. Se requieren nuevos elementos opticos para una explotacion optima de las propiedades de esta luz, que puede usarse para descubrir los secretos de la materia y para revelar el mundo microscopico. El uso de radiacion sincrotron como sonda ha hecho posible una gran cantidad de experimentos para expandir el conocimiento de muchas areas cientificas. Paulatinamente, la radiacion sincrotron se ha convertido en un instrumento indispensable para muchos cientificos, que trabajan en disciplinas muy diferentes como la biologia, la quimica, la ciencia de materiales o incluso la arqueologia. La microscopia de rayos X ha emergido como tecnica para observar estructuras que no son accesibles con microscopia optica convencional, y que tiene ventajas respeto a la microscopia electronica debido a la mayor longitud de penetracion y a la sensibilidad quimica de la radiacion X. La optica de los microscopios de rayos X incluye componentes como las lentes zonales de Fresnel que se producen con tecnicas de microfabricacion. En este trabajo, se han fabricado lentes zonales de Fresnel utilizando distintas tecnicas y se han testado en diversas Fuentes de Luz Sincrotron. Describiremos en detalle las tecnicas de micro- y nanofabricacion que son necesarias para la produccion de estos elementes, des de la litografia por haz de electrones a la transferencia del patron a distintos materiales. En particular, presentamos lentes para rayos X blandos hechas de silicio. Mostraremos que estas funcionan bien en las fuentes de luz existentes y que debido a su robustez seran tambien apropiadas para las fuentes de rayos X de 4a generacion. Tambien preparamos un elemento optico difractivo que produce una mancha iluminacion cuadrada y llana, y que puede usarse como lente condensadora en microscopia de rayos X de transmision. Finalmente, tambien demostramos un nuevo metodo de fabricacion que puede mejorar la resolucion espacial ultima de las lentes difractivas para rayos X. Se fabricaron lentes zonales de Fresnel con una ultima zona de 20 nm y lineas de 15 nm han sido claramente resueltas en microscopia de rayos X de rastreo. Este trabajo se ha realizado en el Laboratorio de Luz Sincrotron en Barcelona, con la participacion del Centro Nacional de Microelectronica de Barcelona (CSIC-CNM) y del Grupo de Optica del Departamento de Fisica de la Universidad Autonoma de Barcelona. Al mismo tiempo, partes esenciales de este trabajo se han realizado con la colaboracion del Dr. C. David y el Dr. K. Jefimovs del Labor fur Mikro- und Nanotechnologie al Paul Scherrer Institut en Villigen (Suiza).