Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Совместная группа исследователей из Германии и США разработала новую технику изучения поверхности при помощи фототока
Предложенная методика базируется на идеологии сканирующей микроскопии и принципах плазмоники; она позволяет визуализировать одномерные материалы, такие как углеродные нанотрубки, с непревзойденной точностью – с разрешением до 30 нм.
Сканирующая фототоковая микроскопия (Scanning photocurrent microscopy, SPCM) является мощным инструментом для визуализации наноэлектронных устройств, таких как углеродные нанотрубки, пластины графена или полевые транзисторы, построенные на основе неорганических нанопроводов.
Техника подразумевает сканирование поверхности при помощи сфокусированного лазерного луча с одновременным измерением фототока. Она была предложена ранее и широко используется для визуализации объектов в рамках научных экспериментов.
Единственный недостаток сканирующей фототоковой микроскопии заключается в недостаточном пространственном разрешении. Однако совместная группа ученых из Германии и США преодолела эту проблему. Новая техника, предложенная в последней работе учеными из Ludwig-Maximilians-University Munich (LMU, Германия), Karlsruhe Institute of Technology (KIT, Германия) и IBM Research (США), получила название улучшенной с помощью наноантенн фототоковой микроскопии.
Она уже сейчас позволяет «рассмотреть» поверхность с разрешением в 10 раз превышающим существовавшие ранее приборы, и это не предел.
Методика отличается от «классической» сканирующей фототоковой микроскопии тем, что в центре сканирующего поверхность лазерного луча размещается золотое острие, находящееся на расстоянии всего нескольких нанометров от исследуемого объекта. В данном случае золотое острие действует по принципу антенны, дополнительно фокусируя оптическое излучение (также как это делает обычная антенна в радиодиапазоне).
Наноантенна используется для формирования на ее поверхности локализованных колебаний плотности зарядов, являющихся источником локально усиленного электромагнитного поля. Причем, сформированное таким образом электромагнитное поле ограничено в области пространства, масштабы которой сравнимы с размерами острия. Это локальное поле влияет на измеряемый в ходе эксперимента фототок.
Соответственно, разрешающая способность прибора может быть сделана примерно в 10 раз меньше «классической» половины длины волны падающего излучения (30 нм, вместо 300 нм «обычной» сканирующей фототоковой микроскопии).
К слову, для оптических процессов, например, комбинационного рассеяния света, аналогичное острие позволяет усилить как оптическое возбуждение, так и излучение. Это может привести к еще лучшему пространственному разрешению – порядка 20 нм.
По мнению ученых, улучшенная с помощью золотых наноантенн фототоковая микроскопия может уже в ближайшем будущем стать новым инструментом для подробного изучения характеристик наноразмерных структур.
Причем, сфера возможных исследований не ограничивается лишь углеродными нанотрубками. Подобная методика может быть применена к любой одномерной структуре, например, к неорганическим нанонитям.
Что же касается нанотрубок, то предложенная технология позволит изучить поверхностные явления на всех вариантах важных для науки контактов металлов с нанотрубками, что позволит лучше понять работу наноустройств и повысить их эффективность. Ранее эту задачу невозможно было решить с помощью конфокальной микроскопии.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.
