Billedlydbevægelser af atomenheder med et optisk mikroskop

Et internationalt forskerteam, ledet af Dr. Hyunmin Kim fra Companion Diagnostics and Medical Technology Research Group hos DGIST udviklet en billeddannelsesteknik til at overvåge lydbevægelsen af ​​et atomisk tyndt stof i høj opløsning. Teknologien kan bruges til udvikling af nye materialer, solceller og katalysatorer.

Forskerholdet har præsenteret et transient second-harmonic generation (TSHG) pulsbilleddannelsessystem, der kan analysere den ultrahurtige dynamik af lys, der interagerer med molybdændisulfid (MoS2), en typisk 2-D atom laminering struktur, ved en opløsning på 300 nanometer.

Eksisterende udstyr, der blev brugt til måling af ultralydsbølger genereret af vibrationer fra ultrahurtige elektroner og gitter, havde begrænsede anvendelser på grund af støjforholdet i forhold til lavt signal og rumlig opløsning. Forskergruppen udviklede et mikroskop med forbedret optisk opløsning til hurtig og præcis analyse af materialegenskaber i masseproduktionstiden for halvleder 2-D-materialer.

TSHG -billeddannelsesteknologi udviklet af forskerne kan måle lydgenerering på niveauet 1011 Hz -enhed (1 Hz vibrerer en gang pr. Sekund), som genereres af reaktionen mellem et gitter og en elektron, der bevæges af en pumpeimpuls med en anden bølgelængde, ved hjælp af generering af en bølgelængde, der er halvdelen af ​​pro -pulsbølgelængden på det punkt, hvor symmetri brydes på et krystalstof.

Tidligere har at måle den ultrahurtige elektronbevægelse på skalaen af ​​et femtosekund (10 ^-15 andet) i en 2-D-atomenhedsstruktur eller generering af relateret lyd, en pulsbølge i pumpesonden skulle udsættes for et materiale. Ændringen i absorptionen eller refleksionen af ​​den genererede sondepuls blev målt til analyse. Imidlertid, signalerne var små, så målingstiden skulle forlænges, og en højtydende signalforstærker skulle bruges til at øge signal-støj-forholdet. Laseren havde høj energi, og kan dermed forårsage prøvebeskadigelse og føre til en aftagelig tilstand af molekylerne, hvis laserens fokusstørrelse blev justeret til under et mikrometer. Der var også begrænsninger i analysen, hvis prøvestørrelsen var lille.

I dette studie, at reducere laserfokusstørrelsen og samtidig reducere skader på prøven, Dr. Kim og hans team reducerede laseroutput brugt i et eksisterende transient-absorptionsspektroskop med tusinder til titusinder af gange, og anvendte et højtydende scanningssystem til at visualisere det i realtid.

Forskergruppen øgede laserens substansindtrængningsniveau ved hjælp af en nær-infrarød strålepulslængde på 1,04 størrelse som en sondepuls og lokaliserede den sekundære harmoniske pulslængde på det synlige strålesnit med grøn farve (520 nm). Ved hjælp af denne metode, de maksimerede effektiviteten til at analysere bevægelsen af ​​elektroner til ioniseringsenergisektionen af ​​det tætte energibånd af 2-D-stoffet, når det kombineres med pumpeimpulsen.

Ifølge forskerholdet, det er bevist, at den nye billedteknologi er nyttig til at analysere forskellige atomstrukturer såsom sekskantede og trekantede stjerner, ved at kombinere den anden-harmoniske generation af pulsbilleddannelsessystem med en 4-bølges blandet pulsbilledfunktion og anvende den til laminering strukturanalyse af molybdendisulfid fremstillet ved hjælp af metoden til kemisk dampaflejring (CVD).

Ud over, TSHG -teknikken forventes at bidrage til forskning i beslægtede materialer. Forskningen kan anvendes på undersøgelser af elektroners levetid, der bestemmer effektiviteten af ​​energimaterialer og katalysatorer som 2-D-materialer og perovskit- og kvantepunkter.

Dr. Kim sagde, "Elektronhuls bevægelsesanalysen af ​​materialer, der masseproduceres ved hjælp af den forbigående anden-harmoniske generation af pulsbilledteknologi, kan visualiseres samtidigt, hvilket vil bidrage meget til udviklingen af ​​kildeteknologi baseret på nye nanomaterialer. Vi vil undersøge og udvikle superpræcisionsenergi og optiske elementer ved at udvide den højopløselige realtidsanalyse-teknologi, vi har sikret, til analyse af fysiske gitterbegrænsningsmiljøer. "