Udforsk nanoverdenen i 3D

Forestil dig en terning, hvorpå lyset projiceres af en lommelygte. Terningen reflekterer lyset på en bestemt måde, så blot at dreje kuben eller flytte lommelygten gør det muligt at undersøge hvert aspekt og udlede information om dets struktur. Nu, forestil dig, at denne terning kun er et par atomer høj, at lyset kun kan detekteres i infrarødt, og at lommelygten er en stråle fra et mikroskop. Hvordan går man frem for at undersøge hver af terningens sider? Det er spørgsmålet, der for nylig blev besvaret af forskere fra CNRS, l'Université Paris-Saclay, University of Graz og Graz University of Technology (Østrig) ved at generere det første 3D-billede af strukturen af ​​det infrarøde lys nær nanokuben. Deres resultater vil blive offentliggjort den 26. marts 2021 i Videnskab .

Elektronmikroskopi bruger en elektronstråle til at belyse en prøve og skabe et forstørret billede. Det giver også mere komplette målinger af fysiske egenskaber, med uovertruffen rumlig opløsning, der endda kan visualisere individuelle atomer. Kromatem, Equipex Tempos-teamets dedikerede instrument til spektroskopi, er et af disse nye generations mikroskoper. Det sonderer det optiske, mekanisk, og magnetiske egenskaber af stof med meget høj opløsning, et, der kun matches af tre andre mikroskoper i verden.

Forskere fra CNRS og l'Université Paris-Saclay, der arbejder ved Solid States Physics Laboratory (CNRS/Université Paris-Saclay), sammen med deres kolleger ved University of Graz og Graz University of Technology (Østrig), brugte Chromatem til at studere en magnesiumoxid nanokrystal. Vibrationen af ​​dets atomer skaber et elektromagnetisk felt, der kun kan detekteres i det mellem-infrarøde område. Når elektronerne udsendt af mikroskopet indirekte møder dette elektromagnetiske felt, de mister energi. Ved at måle dette energitab, det bliver muligt at udlede konturerne af det elektromagnetiske felt, der omgiver krystallen.

Problemet er, at denne type mikroskopi kun kan give billeder i 2D, rejser spørgsmålet om, hvordan man visualiserer alle terningens hjørner, kanter, og sider. For at gøre det, forskerne udviklede billedrekonstruktionsteknikker, der har, for første gang, genererede 3D-billeder af feltet omkring krystallen. Dette vil i sidste ende gøre det muligt at målrette et bestemt punkt på krystallen, og udføre lokaliserede varmeoverførsler, for eksempel.

Mange andre nanoobjekter absorberer infrarødt lys, såsom under varmeoverførsler, og det vil nu være muligt at levere 3D-billeder af disse overførsler. Dette er en udforskningsvej for at optimere varmeafledning i de stadigt mindre komponenter, der bruges i nanoelektronik.