Elektroner taget på fersk gerning

Et team af forskere fra Fakultetet for Rene og Anvendte Videnskaber ved University of Tsukuba filmede elektronernes ultrahurtige bevægelse med sub-nanoskala rumlig opløsning. Dette arbejde giver et kraftfuldt værktøj til at studere driften af ​​halvlederenheder, hvilket kan føre til mere effektive elektroniske enheder.

Evnen til at konstruere stadigt mindre og hurtigere smartphones og computerchips afhænger af halvlederproducenternes evne til at forstå, hvordan elektronerne, der bærer information, påvirkes af defekter. Imidlertid, disse bevægelser sker på en skala af billioner af et sekund, og de kan kun ses med et mikroskop, der kan afbilde individuelle atomer. Det kan virke som en umulig opgave, men det er præcis, hvad et team af videnskabsmænd ved University of Tsukuba var i stand til at opnå.

Det eksperimentelle system bestod af Buckminsterfulleren kulstofmolekyler - som har en uhyggelig lighed med syede fodbolde - arrangeret i en flerlagsstruktur på et guldsubstrat. Først, et scanning tunneling mikroskop blev sat op til at fange filmene. At observere elektronernes bevægelse, en infrarød elektromagnetisk pumpeimpuls blev påført for at injicere elektroner i prøven. Derefter, efter en fastsat tidsforsinkelse, en enkelt ultrahurtig terahertz-puls blev brugt til at undersøge placeringen af ​​valget. Forøgelse af tidsforsinkelsen gjorde det muligt at optage det næste "frame" af filmen. Denne nye kombination af scanning tunneling mikroskopi og ultrahurtige pulser tillod holdet at opnå sub-nanoskala rumlig opløsning og næsten picosekunders tidsopløsning for første gang. "Ved at bruge vores metode, vi var i stand til tydeligt at se virkningerne af ufuldkommenheder, såsom en molekylær ledig stilling eller orienteringsforstyrrelse, " forklarer førsteforfatter professor Shoji Yoshida. Det tog kun omkring to minutter at fange hvert billede, hvilket gør det muligt at reproducere resultaterne. Dette gør også tilgangen mere praktisk som et værktøj for halvlederindustrien.

"Vi forventer, at denne teknologi vil være med til at lede vejen mod den næste generation af organisk elektronik, " siger seniorforfatter professor Hidemi Shigekawa. Ved at forstå virkningerne af ufuldkommenheder, nogle ledige stillinger, urenheder, eller strukturelle defekter kan med vilje indføres i enheder for at kontrollere deres funktion.