Ny tidsopløst atomkraftmikroskopi-teknik fanger ultrahurtige lys-inducerede fænomener

På trods af bemærkelsesværdige fremskridt inden for videnskab og teknologi har hurtige fremskridt afsløret begrænsninger på mange teknologiske områder. En presserende udfordring i halvlederenheder, som understøtter ultrahøjhastighedskommunikation og kunstig intelligens (AI), er udviklingen af ​​højtydende enheder med en grundlæggende struktur på 2 nanometer (nm).

I denne skala påvirker enkeltatom-defektstrukturer og mindre elektronadfærdsforstyrrelser i betydelig grad makroskopiske fænomener, hvilket spiller en afgørende rolle i enhedens funktionalitet. Derfor er forståelse og kontrol af fysiske og kemiske højhastighedsfænomener på nanometerskalaen afgørende for udvikling af højtydende enheder.

Forskerholdet har tidligere udviklet en tidsopløst scanning tunneling microscopy (STM) metode, der kombinerer STM med laserteknologi for at opnå rumlig opløsning på nanoniveau og femtosekund tidsopløsning. Denne metode har været medvirkende til at belyse forskellige fotoexciterede dynamikker. STM's afhængighed af elektrisk strøm mellem sonden og prøven begrænser imidlertid dens anvendelse til ledende materialer.

I deres undersøgelse, offentliggjort i Applied Physics Express , har teamet udviklet et nyt tidsløst AFM-system, der forbedrer dets funktionalitet ved at fusionere AFM med deres unikke ultrakorte laserpulsteknologi. Denne udvikling giver mulighed for måling af højhastighedsdynamik i et bredere udvalg af materialer, herunder isolatorer, med nanometeropløsning.

En unik tilgang til at modvirke den termiske udvidelse af sonden og prøven på grund af laserbestråling har muliggjort erhvervelsen af ​​tidsopløste signaler med et usædvanligt højt signal-til-støj-forhold (SN). Derudover er laseroscillation elektrisk styret for at forbedre betjeningen.

AFMs evne til at måle en bred vifte af objekter positionerer den teknologi, der er udviklet i denne forskning, til at have udbredte anvendelser, der strækker sig ud over akademisk forskning til industrier, medicin og andre områder. Det forventes at lette opdagelsen af ​​nye principper og skabelsen af ​​nye felter ved betydeligt at udvide omfanget af udforskning.

Flere oplysninger: Hiroyuki Mogi et al., Time-resolved force microscopy using the delay-time modulation method, Applied Physics Express (2023). DOI:10.35848/1882-0786/ad0c04

Leveret af University of Tsukuba