Visualisering af strukturer i atomskala med den optiske kraft

Et team af forskere ledet af Institut for Anvendt Fysik ved Osaka University, Institut for Fysik og Elektronik ved Osaka Prefecture University, og Institut for Materialekemi ved Nagoya Universitet brugte fotoinduceret kraftmikroskopi til at kortlægge de kræfter, der virker på kvanteprikker i tre dimensioner. Ved at eliminere støjkilder, holdet var i stand til at opnå subnanometer præcision for første gang nogensinde, hvilket kan føre til nye fremskridt inden for fotokatalysatorer og optiske pincet.

Kraftfelter er ikke de usynlige barrierer for science fiction, men er et sæt vektorer, der angiver størrelsen og retningen af ​​kræfter, der virker i et område af rummet. Nanoteknologi, som involverer fremstilling og manipulation af små enheder såsom kvanteprikker, bruger nogle gange lasere til optisk at fange og flytte disse objekter. Imidlertid, evnen til at analysere og håndtere så små systemer kræver en bedre måde at visualisere de 3D-kræfter, der virker på dem.

Nu, et team af forskere ved Osaka University, Osaka Prefecture University, og Nagoya University har for første gang vist, hvordan fotoinduceret kraftmikroskopi kan bruges til at opnå 3D kraftfeltdiagrammer med subnanometer opløsning. "Det lykkedes os at afbilde nanopartiklers optiske nærfelt ved hjælp af et fotoinduceret kraftmikroskop. Dette måler den optiske kraft mellem prøven og sonden forårsaget af lysbestråling, " siger førsteforfatter Junsuke Yamanishi.

Laserlys blev rettet mod en kvanteprik placeret under en atomkraftmikroskopispids. Flytning af prikken i forhold til spidsen gjorde det muligt for mikroskopet at kortlægge det 3D fotoinducerede kraftfelt. Holdet var i stand til at opnå et så højt niveau af præcision ved hjælp af nogle få eksperimentelle forbedringer. De brugte ultra-vakuum-forhold til at øge kraftfølsomheden, og anvendte heterodyn frekvensmodulation, som involverer blanding af to andre frekvenser, for i høj grad at reducere virkningen af ​​termisk opvarmning. "Vi reducerede den fototermiske effekt med denne unikke teknologi og opnåede en opløsning på mindre end én nanometer for første gang nogensinde, " siger seniorforfatter Yasuhiro Sugawara.