Терагерцовая спектроскопия динамики волны коллективной плотности заряда на атомном уровне позволяет увидеть электроны в замедленной съемке

Физики из Штутгартского университета под руководством профессора Себастьяна Лота разрабатывают квантовую микроскопию, которая впервые позволяет им регистрировать движение электронов на атомном уровне с чрезвычайно высоким пространственным и временным разрешением. Исследователи опубликовали свои выводы в Nature Physics. Ученые изучили материал, состоящий из элементов ниобия и селена, в котором один эффект можно наблюдать относительно ненарушенным образом: коллективное движение электронов в волне плотности заряда. Было изучено как одна примесь может остановить это коллективное движение. Для этого применяют к материалу чрезвычайно короткий электрический импульс, который длится всего одну пикосекунду. Волна плотности заряда прижимается к примеси и посылает нанометровые искажения в коллектив электронов, которые вызывают очень сложное движение электронов в материале на короткое время. Экспериментаторам приходится очень часто повторять эти измерения, чтобы получить значимые результаты. Исследователи смогли оптимизировать свой микроскоп таким образом, что он повторяет эксперимент 41 миллион раз в секунду и, таким образом, достигает особенно высокого качества сигнала.

Визуализация магнитных полей в атомном масштабе с помощью голографического электронного микроскопа

Исследовательская группа из Японии, в которую входят ученые из Hitachi, Ltd. (TSE 6501, Hitachi), Университета Кюсю, RIKEN и HREM Research Inc. (HREM), достигла крупного прорыва в наблюдении магнитных полей в невообразимо малых масштабах. В сотрудничестве с Национальным институтом передовой промышленной науки и технологий (AIST) и Национальным институтом материаловедения (NIMS) группа использовала голографический электронный микроскоп атомного разрешения Hitachi с недавно разработанной технологией получения изображений и алгоритмами коррекции расфокусировки для визуализации магнитных полей отдельных атомных слоев в кристаллическом твердом теле. Учёные провели измерения электронной голографии на образцах Ba₂FeMoO₆, слоистого кристаллического материала, в котором соседние атомные слои имеют различные магнитные поля. Сравнив результаты своих экспериментов с результатами моделирования, они подтвердили, что превзошли ранее установленный рекорд, сумев наблюдать магнитные поля с беспрецедентным разрешением 0,47 нм.

Новый и простой метод микроскопии сверхвысокого разрешения

MINFLUX — это мощный метод микроскопии, который позволяет исследователям видеть объекты, размер которых намного меньше длины волны света. Исследователи разработали новый способ создания узорчатого светового луча для MINFLUX. Этот метод объединяет два более простых устройства: пространственный модулятор света (ПМС) и электрооптический модулятор (ЭОМ). ПМС действует как цифровой проектор, манипулируя световыми узорами, в то время как ЭОМ контролирует интенсивность света. Эта установка значительно быстрее, дешевле и проще в использовании, чем традиционные методы. Использование более простых компонентов позволяет гораздо быстрее сканировать световой рисунок. Такое быстрое сканирование существенно повышает точность измерений. Новая разработка открывает путь к созданию более доступных и доступных микроскопов MINFLUX. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.

Визуализация структуры поверхности и предварительного плавления льда Ih с атомным разрешением

Команда физиков, связанных с несколькими институтами в Китае, раскрыла причину скользкости льда. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа использовала атомно-силовую микроскопию, чтобы поближе рассмотреть поверхность льда при разных температурах. Исследователи начали с охлаждения льда внутри камеры микроскопа до -150°C, а затем использовали микроскоп для изучения его атомной структуры . Они могли видеть, что внутренний лед (известный как лед Ih) и лед на поверхности были разными. Лед Ih, как и ожидалось, был уложен в виде шестиугольников. Лед на поверхности, напротив, был лишь частично шестиугольным. Затем исследователи слегка повысили температуру в камере, что привело к еще большему беспорядку, поскольку различия в форме стали более выраженными. Затем команда создала симуляцию, показывающую, как такой беспорядок повлияет на поверхность в целом: она показала, что беспорядок распространяется по всей поверхности, придавая льду вид жидкости, который будет скользким, если наступить на него.

Благодаря слою золота удалось совершить прорыв в повышении четкости и обработке рентгеновских изображений

Исследователи под руководством Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) и Польского центра развития технологий PORT Польского центра исследований имени Лукасевича обнаружили, что добавление золотого слоя к сверкающим материалам делает видимый свет, который они излучают, на 120% ярче. Как показали данные исследования, опубликованные в Advanced Materials, в среднем интенсивность излучаемого света составляла около 88 фотонов на килоэлектронвольт. В результате получаемые рентгеновские изображения в целом стали на 38% резче, а способность различать различные части изображений улучшилась на 182%. Благодаря слою золота время, необходимое сцинтилляционным материалам для прекращения излучения света после поглощения рентгеновских лучей, также сократилось в среднем на 1,3 наносекунды, или почти на 38%, что означает, что они были готовы к следующему раунду облучения быстрее. Это предполагает потенциал золота для ускорения обработки рентгеновских снимков.

Сверхбыстрая сканирующая туннельная спектроскопия атомного масштаба одиночной вакансии в монослойном кристалле

Физики из Регенсбургского университета организовали сдвиг квантованного электронного уровня энергии с помощью атомных колебаний со скоростью, превышающей триллионную долю секунды. Используя новый тип сверхбыстрого микроскопа с атомным разрешением в сверхбыстрых временных масштабах, удалось напрямую наблюдать как энергия отдельного электрона настраивается вибрациями окружающих атомов. Обнаружено, что можно изменить дискретный энергетический уровень дефекта, вызывая барабанную вибрацию атомно-тонкой мембраны: атомное движение окружающих атомов смещается и, таким образом, можно контролировать энергетический уровень вакансии. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Характеристика и контроль инфракрасной фононной аномалии двухслойного графена в оптико-электрической силовой наноскопии

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал гибридный наномикроскоп, способный одновременно измерять различные свойства наноматериалов. Прибор сочетает в себе функции атомно-силовой микроскопии, фотоиндуцированной силовой микроскопии и электростатической силовой микроскопии. Вместо использования линз для измерения образца применяется тонкий функциональный зонд, что позволяет одновременно измерять оптические и электрические свойства, а также форму наноматериалов за одно сканирование. 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.

Компактный и эффективный сканирующий микроскоп с фотонным разрешением

Разработан компактный и эффективный микроскоп ISM (сканирующая микроскопия изображений), оснащенный матричным детектором однофотонных лавинных диодов (SPAD), способным обеспечивать структурные и функциональные изображения с высоким разрешением в единой архитектуре. Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics. Матричный детектор SPAD состоит из 25 независимых диодов, расположенных в квадратной сетке. Небольшой размер и асинхронное считывание позволяют быстро обнаруживать падающие фотоны флуоресценции. Схема сбора данных, основанная на методе цифровой частотной области (DFD), представляет собой метод гетеродинной выборки, который позволяет строить гистограмму затухания флуоресценции с временным разрешением до 400 пс, что подходит для большинства приложений флуоресцентной визуализации.

Высокоскоростное картирование динамики поверхностного заряда с использованием разреженной сканирующей зондовой силовой микроскопии Кельвина

Для понимания поведения электрического заряда на микроскопическом уровне представлен новаторский подход, который позволяет визуализировать движение заряда на уровне нанометра, или одной миллиардной доли метра, но на скоростях, в тысячи раз превышающих традиционные методы. Для достижения этой возможности был использован сканирующий зондовый микроскоп, оснащенный автоматизированной системой управления, которая обеспечивала уникальную спиральную структуру для эффективного сканирования, а также передовые методы компьютерного зрения для анализа данных. Быстрое и тщательное представление процессов, демонстрируемое новым подходом, ранее было недостижимо.

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.