Автор AZoNano август 27 2020

Сульфид сурьмы, или антимонит (Sb2S3), интенсивно исследовался в последние годы как многообещающий материал для нетоксичных, экологически чистых солнечных элементов. Теперь можно изготавливать тонкие фотогальванические пленки из чернил, содержащих наночастицы стибнита, и создавать наноразмерные рисунки этих пленок для создания 2D и 3D структур практически любой формы. Такие простые и рентабельные методы производства создают предпосылки для надежного и широкого применения.

Поскольку антимонит является эффективным полупроводником (т.е. имеет высокий коэффициент поглощения и подвижность носителей), его наноструктура является многообещающим материалом с возможностью фотопереключения для полностью оптической обработки сигналов и вычислений. Петра Гросс, научный сотрудник Института физики Ольденбургского университета, поясняет : «Освещение ближним инфракрасным светом с длинами волн, для которых стибнит в значительной степени прозрачен, может привести к сверхбыстрому изменению его показателя преломления. Это означает, что Поверхность, покрытая наночастицами стибнита, может позволить переключать оптические свойства, такие как отражение цвета, с помощью импульса инфракрасного света. "

Если наноструктуры стибнита будут использоваться в переключаемых наноустройствах, необходимо высокое оптическое качество. В недавнем исследовании, опубликованном в Advanced Photonics изучались оптические свойства наноструктур антимонита. Исследование показало, что наноточки антимонита могут действовать как волноводы высокого оптического качества. Этот вывод, вместе с простыми возможностями 2D и 3D структурирования и интересными оптическими свойствами, указывает на большой потенциал наноструктур антимонита в качестве переключаемых материалов для будущих приложений.

Стибнитные наноточки

Ведущий автор исследования, Цзиньсинь Чжань, в настоящее время является докторантом лаборатории фотоники ближнего поля профессора Кристофа Лиенау в Университете Ольденбурга. Жан объясняет, что изображения антимикроба, полученные с помощью электронного микроскопа, указывают на довольно неровную поверхность. Сотрудничая с исследователями из Университета Констанца, Чжан и ее команда стремились оценить оптические свойства наноструктуры антимонита путем исследования наноточек антимонита (диаметром 400 нм) на поверхности стибнита.

Чжан говорит: «Такой оптический контроль труден. Размер наноструктур обычно меньше длины волны видимого света, поэтому спектроскопические измерения обычно проводятся только на ансамблях из нескольких наноструктур».

Фокус наночастиц

Чтобы добиться сложного оптического контроля, Чжан и ее команда разработали новый вид спектроскопии ближнего поля, который позволяет оптическое исследование отдельных наночастиц. Он основан на сканирующей ближнепольной оптической микроскопии (SOM) рассеивающего типа, когда золотой зонд с острым концом с радиусом кривизны около 10 нм приближается к поверхности наноструктуры и сканирует ее. Свет, рассеянный наконечником от структуры, улавливается детектором.

Жан отмечает: «Обычно присутствует большое количество фонового света, который мы подавляем, модулируя расстояние зонд-образец и смешивая рассеянный свет с широкополосным эталонным лазером. Монохроматор, оснащенный быстродействующим Линейная камера позволяет нам измерять полные спектры в любой точке при сканировании растра ». Спектральная ширина полосы составляет 200 нм, а пространственное разрешение составляет около 20 нм, так что группа может изучать оптические свойства или спектрально разрешенные профили интенсивности в пределах отдельных наноточек.

Полученные карты наночастиц антимонита показали, что они действуют как диэлектрические волноводы с высоким показателем преломления, несмотря на их неровную поверхность, очевидную при структурных исследованиях. Чжан объясняет далее: «С помощью нашего нового метода мы видим профили мод поперек наноточек, которые очень похожи на профили мод волноводных волн в оптических стеклянных волокнах. Расчет показывает, что цилиндрический волновод из антимонита диаметром 400 нм должны поддерживать четыре режима. Расчетная суперпозиция этих четырех мод низшего порядка очень хорошо согласуется с нашим экспериментальным наблюдением. Эти режимы поддерживаются во всей полосе пропускания 200 нм нашего измерения спектроскопии ближнего поля »

Лиенау отметил, что этот новый метод предлагает совершенно новый способ «видеть» мельчайшие количества наноматериалов и открывает дверь к изучению динамики их оптических возбуждений в сверхбыстрых временных масштабах. Он говорит: «Спектроскопическая техника, разработанная Джинксин Чжаном и Петрой Гросс, является исключительно многообещающей. Уже сейчас команда продемонстрировала локальную спектроскопию рассеяния света с глубоким субволновым разрешением и высокой чувствительностью. Мы уверены, что сможем продолжить быстро улучшить пространственное разрешение до нескольких нанометров ".

Прочтите оригинальную исследовательскую статью в открытом доступе: Zhan et al ., « Отображение пространственных и спектральных мод диэлектрической наноточки с помощью широкополосной интерферометрической гомодинной сканирующей ближнепольной спектроскопии», Adv . Фотон. 2 (4), 046004 (2020), DOI 10.1117 / 1.AP.2.4.046004.

Источник: https://spie.org/