Нова технологія здатна значно розшири можливості удосконалення напівпровідників та різноманітної електроніки
Група дослідників з Університету Брауна (США) використала новий метод мікроскопії, який вирішує проблему більш глибоко дослідження нанорозмірних матеріалів (наноматеріалів). Для вимірювання електронів у напівпровідниках та інших нанорозмірних речовинах вчені використали короткохвильове високоенергетичне синє світло.
Про це повідомляє видання Newswise. Дослідження опубліковано в Light: Science & Applications.
Це відкриття вчені вважають проривним у сфері нанорозмірної візуалізації. За допомогою методу можна вирішити постійну проблему, яка протягом десятиліть значно обмежувала вивчення важливих явищ у багатьох наноречовинах. Потенціал технології у тому, що вона дозволить створювати більш енергоефективні напівпровідники та різноманітну електроніку: смартфони, ноутбуки, телевізори, дисплеї з високою роздільною здатністю, акумуляторні батареї з підвищеною ємністю, медична техніка для діагностики та лікування, тощо.
Нанорозмірні матеріали – це широко визначений набір речовин, які мають принаймні один критичний розмір менше 100 нанометрів і мають унікальні оптичні, магнітні або електричні властивості. Наддрібні тверді частинки є добре відомим прикладом нанорозмірних частинок, які зустрічаються в навколишньому середовищі.
Підхід, обраний дослідниками у цьому експерименті, відомий як скануюча мікроскопія розсіювання (s-SNOM). s-SNOM надає інформацію про хімічні і оптичні властивості поверхні матеріалу з просторовою роздільною здатністю атомно-силового мікроскопа (АСМ). Регулювання довжини хвилі освітлення, тобто кольору джерела світла, що використовується для вимірювань, забезпечує спектроскопічну інформацію на нанорозмірі. Більше інформації про цей метод – Neaspec.
Метод s-SNOM став основою для численних технологічних проривів, але при використані світла зі значно коротшою довжиною хвилі, наприклад синього, з’являється багато перешкод.
Як правило, для вивчення нанорозмірних матеріалів методом s-SNOM дослідники використовують лазерні оптичні прилади, які випромінюють довші хвилі, наприклад, червоне або інфрачервоне світло. Зокрема для отримання інформації про матеріал використовується загострений кінчик, який має лише кілька десятків нанометрів у ширину і розсіює світло над досліджуваним матеріалом. Частина розсіяного світла містить дані про нанорозмірну область зразка точно під кінчиком. Вчені ретельно вивчають це розсіяне випромінювання, щоб отримати інформацію про невеликий об’єм матеріалу.
Для того, щоб отримати коректні дані кінчик оптичного прибору треба розташувати максимально точно над матеріалом. Добитись цього дуже важко. У випадку з червоним світлом (з більш довгими хвилями) ця вимога до фокусування над матеріалом менш сувора, що полегшує налаштування оптики для ефективного збору розсіяного світла. У випадку ж з синім світлом (з менш короткими хвилями) сфокусуватись на правильній області досліджень було складно.
Це обмежувало сферу вивчення наноматеріалів. Адже частину з них можна якісно дослідити тільки за допомогою синього світла. Зокрема новий метод за допомогою синього світла вчені випробували на зразку кремнію, виміряти певні властивості якого за допомогою червоного світла не видавалось можливим.
У ході експерименту вони використали синє світло не лише для освітлення матеріалу, але й для генерації спалаху терагерцового випромінювання від зразка, який несе важливу інформацію про електричні характеристики. Терагерцове випромінювання складається із електромагнітних хвиль в межах діапазону частот від 0.3 до 3 терагерц (ТГц). Незважаючи на те, що таке рішення додає новий крок вимірювань і збільшує кількість даних, воно зводить нанівець необхідність точного вирівнювання кінчика над зразком.
Цей метод може допомогти в майбутніх дослідженнях, наприклад, дати краще розуміння напівпровідників, які використовуються для створення технології більш енергоефективних синіх світлодіодів.
Роботу підтримали Відділ електричних комунікацій і кіберсистем Національного наукового фонду США, Кампус національної безпеки Канзас-Сіті та Міністерство енергетики США.
