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Atomic scale displacements detected by optical image cross-correlation analysis and 3D printed marker arrays

Frenzel, Tobias 1; Köpfler, Julian 1,2; Naber, Andreas ORCID iD icon 1; Wegener, Martin 1,2
1 Institut für Angewandte Physik (APH), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

For analyzing displacement-vector fields in mechanics, for example to characterize the properties of 3D printed mechanical metamaterials, routine high-precision position measurements are indispensable. For this purpose, nanometer-scale localization errors have been achieved by wide-field optical-image cross-correlation analysis. Here, we bring this approach to atomic-scale accuracy by combining it with well-defined 3D printed marker arrays. By using an air-lens with a numerical aperture of 0.4 and a free working distance of 11.2mm, and an 8×8 array of markers with a diameter of 2μm and a period of 5μm, we obtain 2D localization errors as small as 0.9Å in 12.5ms measurement time (80frames/s). The underlying experimental setup is simple, reliable, and inexpensive, and the marker arrays can easily be integrated onto and into complex architectures during their 3D printing process.

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Angewandte Physik (APH)
Institut für Nanotechnologie (INT)
Universität Karlsruhe (TH) – Interfakultative Einrichtungen (Interfakultative Einrichtungen)
Karlsruhe School of Optics & Photonics (KSOP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 12.2021
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2045-2322
KITopen-ID: 1000130163
HGF-Programm 43.32.02 (POF IV, LK 01) Designed Optical Materials
Erschienen in Scientific reports
Verlag Nature Research
Band 11
Heft 1
Seiten Art.-Nr.: 2304
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 27.01.2021
Nachgewiesen in Web of Science
Dimensions
OpenAlex
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Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000130163
Veröffentlicht am 01.03.2021
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1038/s41598-021-81712-8
Scopus
Zitationen: 4
Web of Science
Zitationen: 4
Dimensions
Zitationen: 4
Seitenaufrufe: 272
seit 02.03.2021
Downloads: 172
seit 07.03.2021
Cover der Publikation
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