Силовая микроскопия с временным разрешением с использованием метода модуляции времени задержки
Ранее был разработан метод сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) с временным разрешением, сочетая СТМ с лазерной технологией для достижения наноуровня пространственного разрешения и фемтосекундного временного разрешения. Этот метод сыграл важную роль в выяснении различной динамики фотовозбуждения. Однако зависимость СТМ от электрического тока между зондом и образцом ограничивает его применение проводящими материалами. В исследовании, опубликованном в журнале Applied Physics Express, учёные разработала новую систему АСМ с временным разрешением, повысив ее работоспособность за счет объединения АСМ с уникальной технологией ультракоротких лазерных импульсов. Эта разработка позволяет измерять высокоскоростную динамику в более широком диапазоне материалов с нанометровым разрешением, включая изоляторы.
(а) Схема разработанной системы FM-AFM с временным разрешением. HM: Полузеркало, JK FF: JK-триггер, SP-фильтр: короткопроходной фильтр.
(b) Схема модуляции времени задержки. Регулируя время последовательности напряжений H/L от JK FF, происходит модуляция времени задержки между (H, время задержки = td) и (L, время задержки = td , ref ), как показано на рисунке.
(c) Резонансные характеристики, измеренные для определения добротности (~10 000).
(d) ПЗС-изображение измерительной установки.
(e) СТМ-изображение объемного образца WSe2 с атомным разрешением.
Фото: Applied Physics Express (2023). DOI: 10.35848/1882-0786/ad0c04
Несмотря на значительный прогресс в науке и технике, быстрый прогресс выявил ограничения во многих технологических областях. Насущной задачей полупроводниковых устройств, лежащих в основе сверхскоростной связи и искусственного интеллекта (ИИ), является разработка высокопроизводительных устройств с базовой структурой 2 нанометра (нм).
В этом масштабе одноатомные дефектные структуры и незначительные нарушения поведения электронов существенно влияют на макроскопические явления, играя решающую роль в функциональности устройства. Поэтому понимание и управление высокоскоростными физическими и химическими явлениями в нанометровом масштабе жизненно важно для разработки высокопроизводительных устройств.
Исследовательская группа ранее разработала метод сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) с временным разрешением, сочетая СТМ с лазерной технологией для достижения наноуровня пространственного разрешения и фемтосекундного временного разрешения. Этот метод сыграл важную роль в выяснении различной динамики фотовозбуждения. Однако зависимость СТМ от электрического тока между зондом и образцом ограничивает его применение проводящими материалами.
В своем исследовании, опубликованном в журнале Applied Physics Express, команда разработала новую систему АСМ с временным разрешением, повысив ее работоспособность за счет объединения АСМ с уникальной технологией ультракоротких лазерных импульсов. Эта разработка позволяет измерять высокоскоростную динамику в более широком диапазоне материалов с нанометровым разрешением, включая изоляторы.
Уникальный подход к противодействию тепловому расширению зонда и образца вследствие лазерного облучения позволил получать сигналы с временным разрешением и исключительно высоким соотношением сигнал/шум (SN). Кроме того, лазерные колебания управляются электрически для повышения удобства работы.
Способность АСМ измерять широкий спектр объектов позволяет технологии, разработанной в этом исследовании, иметь широкое применение, выходя за рамки академических исследований в промышленность, медицину и другие области. Ожидается, что это будет способствовать открытию новых принципов и возникновению новых месторождений за счет значительного расширения масштабов исследований.
