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 (1)

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

2008 (3)

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

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]

2007 (2)

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 (3)

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]

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

2004 (1)

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 (1)

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

1955 (1)

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.

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]

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.

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]

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.

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]

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]

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]

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

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.

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]

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. (1)

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. (1)

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

J. Microsc. (1)

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

Nano Lett. (1)

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

Nat. Methods (1)

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. (2)

Phys. Rev. Lett. (3)

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

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

Science (2)

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. (1)

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

Other (2)

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