Providencia, Rhode Island [Brown University] Investigadores de la Universidad de Brown abren un nuevo mundo de posibilidades en el estudio de semiconductores y otros nanomateriales importantes, que ayudan a alimentar dispositivos como teléfonos móviles y computadoras portátiles, al ser los primeros en introducir una nueva técnica de microscopía que mide electrones en estos materiales usando azul. luz.
Los hallazgos son los primeros de su tipo en nanoimágenes y brindan una solución a un problema de larga data que ha limitado en gran medida el estudio de fenómenos clave en una variedad de materiales que algún día podrían conducir a semiconductores y productos electrónicos más eficientes energéticamente. El trabajo ha sido publicado en Light: Science & Applications.
«Hay mucho interés en estos días en el estudio de materiales a nanoescala de resolución utilizando la óptica», dijo Daniel Mittleman, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor del artículo que describe el trabajo. «A medida que la longitud de onda se vuelve más corta, se vuelve más difícil de implementar. Como resultado, nadie ha hecho esto con luz azul todavía».
Por lo general, cuando los investigadores utilizan la óptica, como los láseres, para estudiar nanomateriales, lo hacen con luz que emite longitudes de onda largas, como la luz roja o infrarroja. El método que los investigadores observaron en el estudio se llama microscopía de campo cercano de tipo dispersión (s-SNOM). Implica dispersar la luz desde una punta afilada de solo unas pocas decenas de nanómetros de ancho. Este consejo se desplaza sobre el material de muestra del que se va a obtener la imagen. Cuando esta muestra se ilumina con luz óptica, la luz dispersada y una parte de esa luz dispersada contienen información sobre la región nanométrica de la muestra justo debajo de la punta. Los investigadores analizan la radiación dispersa para extraer información sobre este pequeño volumen de material.
Esta tecnología ha sido la base de muchos desarrollos, pero choca contra un muro cuando se trata de utilizar luz de longitud de onda más corta, como la luz azul. Esto significa que el uso de la luz azul, que es más adecuada para estudiar algunos materiales que la luz roja no puede, o el uso de la luz azul para obtener nuevos conocimientos a partir de semiconductores ya estudiados, ha estado fuera del alcance desde la década de 1990, cuando la tecnología existía. inventado
En el nuevo estudio, los investigadores de Brown presentan cómo superaron esa barrera para llevar a cabo lo que se cree que es la primera demostración experimental de s-SNOM utilizando luz azul en lugar de roja. Para el experimento, los investigadores utilizaron luz azul para obtener medidas de una muestra de silicio que no se puede obtener con luz roja. Las mediciones proporcionan una valiosa prueba de concepto sobre el uso de longitudes de onda más cortas para estudiar materiales a nanoescala.
«Pudimos comparar estas nuevas medidas con lo que uno podría esperar ver en el silicio y la coincidencia fue muy buena», dijo Mittleman. «Confirma que nuestra medición funciona y que entendemos cómo interpretar los resultados. Ahora podemos comenzar a estudiar todo este material de una manera que antes no podíamos».
Para llevar a cabo el experimento, los investigadores tuvieron que ser creativos. Básicamente, decidieron facilitar las cosas haciéndolas más complicadas. Con la técnica típica, por ejemplo, la luz azul es difícil de usar porque su longitud de onda es muy corta, lo que significa que es difícil enfocarla en el punto justo cerca de la punta de metal para realizar una medición. Mientras que con la luz roja, este estado de enfoque es más relajado, lo que facilita la alineación de la óptica para extraer de manera eficiente la luz dispersa.
Con estos desafíos en mente, los investigadores usaron luz azul no solo para iluminar la muestra de modo que la luz se dispersara, sino también para producir un estallido de radiación de terahercios de la muestra. Esta radiación lleva información importante sobre las propiedades eléctricas de la muestra. Si bien la solución agrega un paso adicional y aumenta la cantidad de datos que tienen que analizar, también hace que no tengan que ser exactos acerca de cómo alinean la punta sobre la muestra, porque la radiación de terahercios tiene una longitud de onda mucho más larga y, por lo tanto, es más fácil de analizar. alinear.
«Todavía tiene que estar muy cerca, pero no tiene que estar tan cerca», dijo Mittleman. «Cuando lo golpeas con la luz, aún podrás obtener información a velocidades de terahercios».
Los investigadores están emocionados de ver lo que viene a continuación en términos de nueva información y descubrimientos a los que conduce su método, como una mejor comprensión de los semiconductores utilizados para producir tecnología LED azul. Mittleman actualmente está desarrollando planes para usar luz azul para analizar materiales que los investigadores no han podido hacer antes.
El trabajo fue dirigido por Angela Pezzotto, Doctora en Física. Una estudiante que defendió su doctorado el año pasado y se graduará en mayo. Junto con Mittleman, Pingchuan Ma, Ph.D. Estudiante de la Escuela de Ingeniería Brown, también contribuyó al estudio.
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