Гибридный наномикроскоп, разработанный KRISS.
Фото: Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS).

Недавно разработанный микроскоп представляет собой гибридный наномикроскоп, сочетающий в себе функции атомно-силовой микроскопии, фотоиндуцированной силовой микроскопии и электростатической силовой микроскопии. Вместо использования линз он использует тонкий функциональный зонд для измерения образца, что позволяет одновременно измерять оптические и электрические свойства, а также форму наноматериалов за одно сканирование.

Двухслойный графен — один из типичных наноматериалов, для которых полезно использование гибридного наномикроскопа. Он имеет большой потенциал для применения благодаря своей превосходной механической прочности, гибкости и высокой теплопроводности по сравнению с однослойным графеном. Двухслойный графен проявляет различные свойства, включая сверхпроводимость, в зависимости от напряжения, приложенного к каждому слою, или угла скручивания между двумя слоями.

Группа метрологии свойств материалов KRISS разъяснила принципы уникальной реакции поглощения инфракрасного излучения, наблюдаемой в двухслойном графене с помощью гибридного наномикроскопа. Исследователи KRISS подтвердили, что это явление вызвано дисбалансом зарядов между двумя слоями графена. Они также экспериментально продемонстрировали способность контролировать поглощение инфракрасного излучения, намеренно вызывая и регулируя дисбаланс зарядов.

Принципиальная схема гибридного наномикроскопа.
Фото: Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS).

Обычные наномикроскопы могли одновременно измерять только одно свойство материала, что затрудняло измерение и анализ свойств композитов. Хотя были случаи одновременного измерения двух свойств, коммерциализация этого метода по-прежнему была ограниченной, поскольку требовалось изготовление оборудования.

Новый наномикроскоп, разработанный KRISS, может быть легко применен в промышленных условиях, поскольку его можно производить без существенных изменений структуры существующего атомно-силового микроскопа. Таким образом, исследовательская группа KRISS первой разработала гибридный наномикроскоп, который можно коммерциализировать.

Расширив его измерительные свойства до магнитных свойств, помимо оптических и электрических свойств, можно будет наблюдать все три свойства одновременно на наноуровне. Ожидается, что это ускорит исследования свойств различных нанокомпозитных материалов, включая квантовые материалы, что будет способствовать разработке наноматериалов, деталей и оборудования.

Результаты гибридного наноизображения двухслойного графена.
Фото: Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS).

Еще одной сильной стороной этой технологии является способность вызывать локальные изменения свойств. Используя микроскопический зонд для царапин на поверхности образца и регулируя количество приложенных электронов, можно одновременно управлять оптическими и электрическими свойствами компонента, как переключателем. Это может быть полезно при разработке схем и сложных устройств, использующих композитные свойства.

Доктор Ын Сон Ли, главный научный сотрудник группы метрологии свойств материалов KRISS, сказал: «Это достижение является кульминацией нашего исследовательского опыта в области наноизмерений с 2015 года. Мы надеемся занять лидирующие позиции в исследованиях новых материалов, разработке технологии наноизмерения свойств композитов».

Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.