Banebrydende kernemagnetisk resonansværktøj analyserer nanostrukturer uden at ødelægge

Et revolutionerende værktøj skabt af forskere ved University of Sheffield har gjort det muligt for forskere at analysere enheder på nanometerstørrelse uden at ødelægge dem for første gang, åbner døren til en ny bølge af teknologier.

Det nukleare magnetiske resonansapparat – udviklet af Universitetets Institut for Fysik og Astronomi – vil give mulighed for yderligere udvikling og nye applikationer til nanoteknologi, som i stigende grad bruges til høst af solenergi, computer, kommunikationsudviklingen og også på det medicinske område.

Forskere kan nu analysere nanostrukturer på et hidtil uset detaljeringsniveau uden at ødelægge materialerne i processen, en begrænsning, som forskere over hele verden stod over for før Sheffield-eksperternes gennembrud.

Dr. Alexander Tartakovskii, som ledede et team af forskere, sagde:"Vi har udviklet et nyt vigtigt værktøj til mikroskopisk analyse af nanostrukturer. De meget små mængder stof, der bruges i nanostrukturer - elektronernes og fotonernes adfærd - er styret af nye kvanteeffekter, helt anderledes end hvad der sker i bulkmaterialer.

"Udvikling kræver omhyggelig strukturel analyse, for at forstå, hvordan nanostrukturerne er dannet, og hvordan vi kan bygge dem for at forbedre og kontrollere deres nyttige egenskaber. Eksisterende strukturelle analysemetoder, nøglen til forskning og udvikling af nye materialer, er invasive:en nanostruktur ville blive irreversibelt ødelagt i processen med eksperimentet, og, som resultat, den vigtige forbindelse mellem de strukturelle og elektroniske eller fotoniske egenskaber ville normalt gå tabt. Denne begrænsning er nu overvundet af vores nye teknikker, som er afhængige af iboende ikke-invasiv nuklear magnetisk resonans (NMR) sondering."

Resultaterne åbner en ny måde for nano-engineering, en fuld karakterisering af et nyt materiale og en ny halvleder nanoenhed uden at ødelægge dem, hvilket betyder mere forskning og udvikling og enhedsfremstillingsprocesser.

Dr Tarakovskii tilføjede:"Vi har udviklet nye teknikker, som tillod hidtil uset følsomhed og forbedring af NMR-signalet i nanostrukturer. Særlige nanostrukturer af interesse i vores forskning er halvlederkvanteprikker, som forskes bredt for deres lovende fotoniske anvendelser, og potentiale for brug i en ny type computerhardware, der anvender kvantelogik.

"Resultatet af vores eksperimenter var ret uventet og ændrede vores forståelse af disse nanomaterialers arkitektur:vi lærte ny information om den kemiske sammensætning af kvanteprikker, og også hvordan atomjustering inde i prikkerne afviger fra en perfekt krystals. Vigtigt, mange flere målinger af optiske og magnetiske egenskaber kan udføres på de samme kvanteprikker, som har gennemgået NMR-sonderingen."

Udviklingen af ​​de nye teknikker og alt eksperimentelt arbejde blev udført af Dr. Evgeny Chekhovich i gruppen af ​​Dr. Alexander Tartakovskii ved Institut for Fysik og Astronomi i Sheffield. Quantum dot prøver brugt i dette arbejde er også blevet fremstillet i Sheffield, i EPSRC National Facility for III-V Semiconductor Technology.