Unikt terahertz -mikroskop kan fjernbetjenes

Med en bølgelængde på omkring en halv millimeter, terahertz -stråling fylder hullet mellem synligt lys og radiobølger. Denne stråling egner sig meget godt til dybdegående måling af de elektriske egenskaber af nye materialer, som doktorand Niels van Hoof har demonstreret. Han hjalp med at bygge et unikt terahertz -mikroskop, der kan betjenes fuldstændigt eksternt - praktisk i en pandemi.

Set fra et videnskabeligt perspektiv, terahertz -stråling er en mærkelig bold:fanget mellem barndom og voksenalder, kan man sige. Eller rettere dens bølger er for korte til elektroteknik og for lange til fysik. I lyset af dette, fysiker Niels van Hoof, der udførte sit doktorgradsarbejde i gruppen Surface Photonics ledet af Jaime Gómez Rivas (Applied Physics), var også i kontakt med gruppen under ledelse af professor Marion Matters ved Elektroteknik.

"De to grupper skabte endda en spin-off sammen, TeraNova, "siger han." Virksomheden administrerer den kommercielle lancering af terahertz-mikroskopet, som vi udviklede. "Krydsbestøvningen mellem de to blodgrupper, hver med sin egen jargon, gør specialområdet inden for terahertz -stråling særligt interessant, finder Van Hoof.

Kropsscannere

Ud over laboratoriet, terahertz -stråling kendes hovedsageligt i forbindelse med de kropscannere, der bruges i lufthavne. Mange objekter er gennemsigtige for terahertz -stråling, forklarer doktoranden. "Men metaller opfører sig som et perfekt spejl til denne stråling, fordi de leder elektricitet. Dette gør terahertz -stråling meget velegnet til at detektere våben."

Denne følsomhed over for elektrisk ledningsevne tilføjer endnu en anvendelse til terahertz -strålingsporteføljen:at studere materialer, der er nyproduceret i laboratoriet. Tænk på alle former for flotte strukturer som nanotråde, som i kraft af deres særlige form og sammensætning udviser særlige elektromagnetiske egenskaber.

For at analysere disse nye materialer, vi skal zoome ind, som det var, på objektet. Dette kan gøres ved hjælp af en teknik kaldet nærfeltspektroskopi, en metode, der har været anvendt med succes i lysmikroskopi i et halvt århundrede. Her, strukturer, der er mindre end bølgelængden for det anvendte lys, gøres synlige.

Overflade

"Ved at anvende denne teknik til terahertz -stråling kan vi detektere de elektriske felter på overfladen af ​​strukturer, der er meget mindre end strålingens bølgelængde, "forklarer Van Hoof." Dette gør det muligt for os at opnå en opløsning på mellem tre og ti mikrometer. "I måleopsætningen bevæger prøven sig forbi en detektor i trin på ti mikrometer, mens den belyses af pulser af terahertz -stråling." Dette gør det muligt for os at måle det lokale elektriske felt som funktion af tiden. Vi bruger disse oplysninger til at forstå, hvorfor materialet opfører sig på en bestemt måde. "

Målinger som denne er næsten umulige at udføre med synligt lys, siger fysikeren. "I det optiske domæne har du intet andet valg end at simulere adfærd, hvorimod vi faktisk kan måle det. Det fine ved systemet er, at det er skalerbart; dette betyder, at når du arbejder med mindre strukturer og de tilsvarende højere frekvenser, kan du, i princippet, forventer den samme adfærd. Så vores målinger taget med terahertz -mikroskopet er også relevante for andre dele af det elektromagnetiske spektrum. "

Laserpuls

Et undersøgelsesområde involverede Van Hoof ved at studere en række materialer, herunder en lavet af løst vævede nanotråde i sølv. "Billig, gennemsigtige elektroder kan muligvis fremstilles af dette materiale, til brug i, sige, fleksible plast solceller, "forklarer han." Selvom vi ikke kan se nogen individuelle nanotråde med vores mikroskop, vi kan bestemme de relevante elektriske egenskaber. Jeg har arbejdet med DIFFER om dette; de laver den slags materialer. "

Som et andet undersøgelsesområde studerede han renheden af ​​halvledermateriale. "Du kan fastslå denne renhed ved at måle, hvor længe materialet forbliver ledende, efter at du har ramt det med en kort, intens puls af laserlys. Jo længere tid, jo renere materiale. Dette er interessant information for halvlederindustrien. Vi har udtænkt en måde at gøre dette på uden at laserpulsen skader detektoren. Det er så unikt, at der er givet patent. "

Fjernbetjening

Tilsvarende unikt er det faktum, at måleopsætningen, der er bygget af Van Hoof, kan betjenes fuldstændigt eksternt - over internettet. Som forklaret i kortfilmen herunder, dette viste sig meget nyttigt i den sidste fase af hans forskning; trods alt, dette faldt sammen med lockdowns under corona -pandemien.