有限距离下的原子二元全息：分辨率、对比度与通量

在经典二元全息中，位于无穷远处的目标图案由平面波通过具有相同尺寸孔、置于矩形栅格特定位置的二元掩模的衍射产生。菲涅耳二元原子全息近期被提出作为一种利用亚稳态原子束实现基于掩模的纳米分辨率光刻的手段。实际上，存在制造所施加的限制：二元掩模将具有最小孔尺寸、栅格中孔间最小距离（节距）、最大尺寸，且目标图案平面与掩模之间总是有限距离。在本文中，我们表明，在实践中，对于给定的波长、掩模和靶图案尺寸，掩模与目标图案平面（屏平面）之间的距离存在一个交叉值，其导致无混叠图案。我们展示了这一见解如何能用于生成分辨率更高、对比度更好的图案，并在实验限制内实现纳米分辨率。由于通量是影响纳米光刻所制备图案质量的主要因素之一，我们得到了“图案通量”（有助于产生目标图案的通量，由入射到掩模结构化部分的通量归一化）的表达式。通过数值计算，我们发现其比值近似按 $x^{-2}$ 缩放，其中 $x$ 为掩模-屏距离与交叉距离之比。我们所提出的方法可用于任何可建模为标量波的束流，包括声波以及其他物质波束如氦离子或电子。