Техника раскрывает трехмерную форму взаимодействия поляритов

Священный Грааль новых материалов считается наноструктурами. Например, чудо-материал – графен – это один слой атомов углерода, который организован в гексагональном образце, и благодаря его прочности, прозрачности, проводимости и гибкости он может привести к более эффективным солнечным элементам, быстрее и меньше микросхемы и электрические схемы, батареи высокой плотности и конденсаторы, а также прозрачные дисплеи.

Это образ Xiaoji Xu, доцент кафедры химии Университета Лихай. (Image credit: Douglas Benedict / Academic Image)

Другим качеством, которое делает графен и другие наноматериалы настолько уникальными, является их способность создавать явление физики, известное как поляритон, говорит Xiaoji Xu, доцент кафедры химии в Университете Лехи.

Интенсивная связь электромагнитных волн с магнитным или электрическим диполь-переносным возбуждением приводит к квазичастицам, называемым поляритонами. Некоторые относятся к этому как к свету. Эти поляритоны позволяют наноструктурам ограничивать и сжимать свет вокруг материала. Для будущих вычислений и оптической связи способность сжимать свет очень важна для масштабирования устройств. Фактически, это может привести к измерению в масштабе менее одного нанометра, что имеет важное значение для реализации биомедицинских достижений в области обнаружения, профилактики и лечения различных заболеваний.

Для тех, кто изучает эти материалы, задача будет заключаться в том, как выявлять и определять поляритоны в наномасштабе, потому что это невозможно сделать с помощью традиционного микроскопа, говорит Сюй

Теперь, Сюй и его сотрудники обнаружили технику, чтобы разоблачить трехмерную форму взаимодействия поляритонов, которая происходит вокруг наноструктуры. Их метод улучшает стандартный метод спектроскопического изображения, называемый сканирующей ближней оптической микроскопией (s-SNOM). Новая методика, известная как сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (PF-SNOM), использующая пиковое силовое рассеяние, функционирует с помощью комбинации детектируемого света и режима пиковой нагрузки. Ученые описали свою работу в статье под названием:

" Томографическая и мультимодальная рассеивающая сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия с режимом пикового режима намотки " (DOI: 10.1038 / s41467-018-04403-5), опубликованная в Интернете в Nature Communications 21 мая 2018. Помимо Сюй, Ле Ван, Хаомин Ван и Девон С. Якоб, доктор философии. студенты в лаборатории Сюй, являются соавторами статьи.

Авторы заявляют в статье: « PF-SNOM позволяет прямое секционирование вертикальных сигналов ближнего поля с поверхности образца как для трехмерного ближнего поля, так и для спектроскопического анализа. Релаксация поверхностного фонона поляритоны обнаруживаются и моделируются, рассматривая затухание наконечника ».

По словам команды, PF-SNOM также обеспечивает улучшенное пространственное разрешение 5 нанометров вместо обычных 10 нанометров, обеспечиваемых обычной техникой s-SNOM.

«. Наша техника может быть полезной для ученых, изучающих наноструктуры, что позволяет им лучше понять, как распределяется электрическое поле вокруг данной наноструктуры », – говорит Сюй

Методика определения характеристик PF-SNOM исследователей более прямолинейна, чем текущие, и в то же время получает поляритоновскую, электрическую и механическую информацию. При одном измерении может быть достигнуто несколько способов информации, что действительно является особым преимуществом, объясняет Сюй

Продвижение метода характеризации PF-SNOM возникло из анализа исследователем режима зазора – когда пара плазмонных структур приближается в пределах нескольких нанометров, наблюдается значительное улучшение интенсивности плазмона в промежутке между обеими структурами поскольку энергия перемещается из одной структуры в другую структуру. Благодаря их способности закрыть этот ответ в режиме разрыва в симуляциях, команда решила также распространить его на недиапазонный режим – при увеличении расстояния между образцом зонда и атомно-силовой микроскопии (AFM).

Интересен тот факт, что, когда исследователи начали свои эксперименты, они ожидали другого результата, но во время моделирования они заметили уникальную форму рассеяния света и наблюдали явное усиление режима зазора.

«. Оказалось, что мы могли бы разделять свет на разных расстояниях с наконечниками и использовать эти сигналы для просмотра реакции ближнего поля на разных слоях и в вертикальных направлениях – говорит Ван.

]

Он добавляет: « Хотя эта работа была выполнена с инфракрасным излучением, в принципе она также может быть распространена на другие частоты, такие как видимый и терагерц ».

Source link