Abstract

Spatial light interference microscopy (SLIM) is a novel method developed in our laboratory that provides quantitative phase images of transparent structures with a 0.3 nm spatial and 0.03 nm temporal accuracy owing to the white light illumination and its common path interferometric geometry. We exploit these features and demonstrate SLIM’s ability to perform topography at a single atomic layer in graphene. Further, using a decoupling procedure that we developed for cylindrical structures, we extract the axially averaged refractive index of semiconductor nanotubes and a neurite of a live hippocampal neuron in culture. We believe that this study will set the basis for novel high-throughput topography and refractometry of man-made and biological nanostructures.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. Popescu, in Methods in Cell Biology, P.J.Bhanu, ed. (Elsevier, 2008), p. 87.
    [CrossRef]
  2. C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.
  3. G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. D. Zicha and G. A. Dunn, J. Microsc. 179, 11 (1995).
    [CrossRef]
  5. N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
    [PubMed]
  9. F. Zernike, Science 121, 345 (1955).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
    [CrossRef]
  12. M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
    [CrossRef]
  14. I. S. Chun and X. L. Li, IEEE Trans. Nanotechnol. 7, 493 (2008).
    [CrossRef]
  15. T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]

2009

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

2008

I. S. Chun and X. L. Li, IEEE Trans. Nanotechnol. 7, 493 (2008).
[CrossRef]

Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

2004

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

1995

D. Zicha and G. A. Dunn, J. Microsc. 179, 11 (1995).
[CrossRef]

1955

F. Zernike, Science 121, 345 (1955).
[CrossRef] [PubMed]

Badizadegan, K.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Balan, A.

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

Best-Popescu, C. A.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Blake, P.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

Booth, T. J.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

Boppart, S. A.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, J. H.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Chun, I. S.

I. S. Chun and X. L. Li, IEEE Trans. Nanotechnol. 7, 493 (2008).
[CrossRef]

Cullen, W. G.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Dasari, R. R.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Depeursinge, C.

C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.

Ding, H.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Dubonos, S. V.

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Dunn, G. A.

D. Zicha and G. A. Dunn, J. Microsc. 179, 11 (1995).
[CrossRef]

Feld, M. S.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Firsov, A. A.

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Fuhrer, M. S.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Geim, A. K.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Gillette, M. U.

Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Goda, K.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Grigorieva, I. V.

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Heitmann, D.

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Heyn, C.

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Hill, E. W.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

Ikeda, T.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ishigami, M.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Jiang, D.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Kipp, T.

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Kumar, R.

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

Laposata, M.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Li, X. L.

I. S. Chun and X. L. Li, IEEE Trans. Nanotechnol. 7, 493 (2008).
[CrossRef]

Lue, N.

Manley, S.

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Mazher, J.

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

Millet, L. J.

Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Mir, M.

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Morozov, S. V.

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Neto, A. H. C.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

Nguyen, F.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Novoselov, K. S.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Popescu, G.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

N. Lue, G. Popescu, T. Ikeda, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Opt. Lett. 31, 2759 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, in Methods in Cell Biology, P.J.Bhanu, ed. (Elsevier, 2008), p. 87.
[CrossRef]

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Rogers, J. A.

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Shukla, A.

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

Strelow, C.

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Unarunotai, S.

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Wang, Z.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, M. U. Gillette, and G. Popescu, Opt. Lett. 33, 1270 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Welsch, H.

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Williams, E. D.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Yang, R.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

Zernike, F.

F. Zernike, Science 121, 345 (1955).
[CrossRef] [PubMed]

Zhang, Y.

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Zicha, D.

D. Zicha and G. A. Dunn, J. Microsc. 179, 11 (1995).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

P. Blake, E. W. Hill, A. H. C. Neto, K. S. Novoselov, D. Jiang, R. Yang, T. J. Booth, and A. K. Geim, Appl. Phys. Lett. 91, 063124 (2007).
[CrossRef]

IEEE Trans. Nanotechnol.

I. S. Chun and X. L. Li, IEEE Trans. Nanotechnol. 7, 493 (2008).
[CrossRef]

J. Microsc.

D. Zicha and G. A. Dunn, J. Microsc. 179, 11 (1995).
[CrossRef]

Nano Lett.

M. Ishigami, J. H. Chen, W. G. Cullen, M. S. Fuhrer, and E. D. Williams, Nano Lett. 7, 1643 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Nat. Methods

Z. Wang, L. J. Millet, H. Ding, M. Mir, S. Unarunotai, J. A. Rogers, M. U. Gillette, and G. Popescu, “Spatial light interference microscopy (SLIM)” Nat. Methods , submitted for publication.
[PubMed]

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

H. Ding, Z. Wang, F. Nguyen, S. A. Boppart, and G. Popescu, Phys. Rev. Lett. 101, 238102 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Kipp, H. Welsch, C. Strelow, C. Heyn, and D. Heitmann, Phys. Rev. Lett. 96, 077403 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

G. Popescu, T. Ikeda, K. Goda, C. A. Best-Popescu, M. Laposata, S. Manley, R. R. Dasari, K. Badizadegan, and M. S. Feld, Phys. Rev. Lett. 97, 218101 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Science

F. Zernike, Science 121, 345 (1955).
[CrossRef] [PubMed]

K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, and A. A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

Solid State Commun.

A. Shukla, R. Kumar, J. Mazher, and A. Balan, Solid State Commun. 149, 718 (2009).
[CrossRef]

Other

G. Popescu, in Methods in Cell Biology, P.J.Bhanu, ed. (Elsevier, 2008), p. 87.
[CrossRef]

C. Depeursinge, in Digital Holography and Three-Dimensional Display, T.-C.Poon, ed. (Springer, 2006), p. 98.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

SLIM topography of graphene. (a) Quantitative phase image of a graphene flake. (b) Topography histogram for the various regions indicated in (a).

Fig. 2
Fig. 2

(a) Tube structure with refractive index and thickness of layers shown in (b). (c),(d) SEM images of nanotubes. (e) Optical path-length map; color bar is in nanometers. (f) Distance map; color bar is in micrometers. (g) Histogram of the refractive index contrast, n 1 , of the selected area in the inset. Inset, distribution of refractive index contrast, n 1 .

Fig. 3
Fig. 3

(a) Optical path-length map of a hippocampal neuron. Color bar has units of nanometers; (b) distance map of the axon selected in (a), in micrometers; (c) refractive index contrast map; (d) refractive index contrast histogram; the average value is indicated.

Metrics