Лазерная терагерцовая эмиссионная микроскопия (LTEM) — это быстроразвивающийся способ определения характеристик солнечных элементов, интегральных схем и других систем и материалов. Лазерные импульсы, освещающие материал образца, вызывают испускание терагерцового излучения, которое несет важную информацию об электрических свойствах образца.
«Это хорошо известный инструмент для изучения практически любого материала, который поглощает свет, но никогда не было возможности использовать его в наномасштабе», — сказал Дэниел Миттлман, профессор инженерной школы Брауна и автор статьи с описанием работы. «Наша работа улучшила разрешающую способность метода, так что его можно использовать для характеристики отдельных наноструктур."
Обычно измерения LTEM выполняются с разрешением в несколько десятков микрон, но этот новый метод позволяет проводить измерения с разрешением до 20 нанометров, что примерно в 1000 раз превышает разрешение, ранее возможное с использованием традиционных методов LTEM.
Исследование, опубликованное в журнале ACS Photonics, возглавляли Пернилл Кларсков, научный сотрудник лаборатории Миттлмана, вместе с Хевон Ким и Вики Колвин из химического факультета Брауна.
Для своих исследований команда адаптировала для терагерцового излучения метод, который уже используется для улучшения разрешения инфракрасных микроскопов.
В этом методе используется металлический штифт, сужающийся к заостренному наконечнику всего в несколько десятков нанометров в поперечнике, который парит чуть выше образца, который нужно отобразить. Когда образец освещается, крошечная часть света улавливается непосредственно под наконечником, что обеспечивает разрешение изображения, примерно равное размеру наконечника. Перемещая наконечник, можно создавать изображения всего образца со сверхвысоким разрешением.
Кларскову удалось показать, что тот же метод можно использовать и для увеличения разрешения терагерцового излучения. Для своего исследования она и ее коллеги смогли получить изображение отдельного золотого наностержня с разрешением 20 нанометров с использованием терагерцового излучения.
Исследователи полагают, что их новый метод может быть широко полезен для описания электрических свойств материалов с беспрецедентной детализацией.
«Терагерцовое излучение использовалось для изучения множества различных материалов — полупроводников, сверхпроводников, широкозонных изоляторов, интегральных схем и других», — сказал Миттлман. "Возможность сделать это вплоть до уровня отдельных наноструктур — большое дело."
По словам Миттлмана, одним из примеров области исследований, в которой этот метод может быть полезен, является определение характеристик перовскитных солнечных элементов, новой солнечной технологии, активно изучаемой коллегами Миттлмана из Брауна.
«Одна из проблем с перовскитами заключается в том, что они состоят из мультикристаллических зерен, а границы зерен — это то, что ограничивает перенос заряда через ячейку», — сказал Миттлман. «Благодаря разрешению, которого мы можем достичь, мы можем нанести на карту каждое зерно, чтобы увидеть, влияют ли различные расположения или ориентации на подвижность заряда, что может помочь в оптимизации ячеек."
По словам Миттлмана, это один из примеров того, где это может быть полезно, но это, конечно, не ограничивается этим.
«Это могло иметь довольно широкое применение», — отметил он.