Electron nhấp nháy "chụp ảnh" thế hệ nano

Nguồn mới cho các xung điện tử ultrashort được giới thiệu

Sơ đồ biểu diễn thí nghiệm (trên cùng) và phân bố "năng suất điện tử" (dưới cùng): Màu vàng biểu thị cường độ cao. © MBI
đọc to

Các nhà nghiên cứu đã trình bày một nguồn mới của các xung điện tử cực ngắn. Đó là một đầu mỏng bằng wafer làm bằng vàng, được kích thích bằng các xung ánh sáng cực nhỏ để phát ra các điện tử. "Với các xung điện tử này, các quá trình cực nhanh trong thế giới nano có thể được hình dung trực tiếp", Claus Ropers từ Viện quang học phi tuyến và quang phổ xung ngắn (MBI) giải thích tại Berlin-Adlershof.

Cùng với Daniel Solli, Claus-Peter Schulz, Christoph Lienau và Thomas Elsässer, ông báo cáo về kết quả nghiên cứu mới trong số phát hành hiện tại của tạp chí Phys Review Letters.

Cấu trúc nano đóng một vai trò quan trọng trong vật lý, hóa học và khoa học vật liệu. Chúng là cơ sở của công nghệ vi điện tử và truyền thông hiện đại. Bởi vì các cấu trúc có kích thước vài nanomet - một nanomet (nm) là một phần tỷ mét - có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt có thể được sửa đổi có chọn lọc trong giới hạn rộng

Kỹ thuật mới để tạo xung điện tử ultrashort

Để xác định kích thước và tính chất cấu trúc khác của cấu trúc nano, các nhà nghiên cứu thường sử dụng kính hiển vi điện tử mạnh mẽ. Điều này tạo ra hình ảnh tĩnh, nghĩa là, trạng thái trung bình theo thời gian của đối tượng được phát hiện. Tuy nhiên, chức năng của các hệ thống nano thường được liên kết với các quá trình xảy ra trên thang đo chiều dài nano và ở quy mô thời gian cực ngắn dưới một picosecond (ps, một phần triệu của một phần triệu giây).

Vì lý do này, các phương pháp đang được thực hiện trên toàn thế giới có thể hiển thị các quy trình như vậy, ví dụ bằng cách chụp một loạt ảnh chụp nhanh. Ngoài các tia sáng cực ngắn, đặc biệt là các xung tia X và electron cung cấp thông tin trực tiếp về những thay đổi cấu trúc xảy ra nhanh chóng phù hợp cho mục đích này. trưng bày

Nhóm nghiên cứu tại MBI hiện đã trình diễn một kỹ thuật mới để tạo ra các xung điện tử ultrashort. Ở đây, một đầu vàng có đường kính chỉ 40nm được chiếu sáng với các xung ánh sáng chỉ có thời gian 0, 007 ps. Cường độ của ánh sáng bị thổi phồng lên rất nhiều ở phía trên đến mức ánh sáng chiếu các electron ra khỏi kim loại. Những hạt tích điện này có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc nano. Các điều kiện đặc biệt của quá trình kích thích dẫn đến thời gian cực ngắn của các xung điện tử dưới 0, 02 picos giây (20 femto giây). "Máy ảnh điện tử" có thể chụp ảnh tương ứng liên tiếp.

Nanograben trong một cấu trúc kim loại

Tiềm năng của nguồn điện tử "dấu chấm" này để chụp ảnh cấu trúc nano đã được chứng minh trong các thí nghiệm trong đó đầu kim loại được chiếu sáng - có thể so sánh với đầu dò quét trong kính hiển vi lực - nằm ở khoảng cách ngắn trên dây nano 50nm trong cấu trúc kim loại đã được mang đi. Dọc theo mặt cắt ngang của rãnh kim loại, năng suất electron thay đổi do các điều kiện phát sinh khác nhau, từ đó có thể xác định trực tiếp cấu hình và phân bố trường điện từ của rãnh với độ phân giải nanomet. Theo cách này, có thể đo chính xác các thành phần điện tử ở cấp độ nano và tính chất của chúng.

Hiện tại, các nhà phát triển đang sử dụng các xung điện tử trong các thí nghiệm được giải quyết lần đầu tiên về cấu trúc nano để hình dung các quá trình cực nhanh. Ngoài việc sử dụng chúng trong hình học thăm dò quét được hiển thị, các nhà nghiên cứu Berlin còn thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của nguồn electron trong các thí nghiệm nhiễu xạ electron có độ phân giải thời gian cao nhất trên chất rắn, bề mặt và hệ thống phân tử.

(idw - Forschungsverbund Berlin, 29.01.2007 - DLO)