Размеры устройств уменьшаются с каждым днем, и возникают новые трудности в их измерениях и конструкции. Электротранспортные свойства устройств на основе молекулярных переходов, где отдельные молекулы связаны с полупроводниками или металлами, могут быть проанализированы и охарактеризованы с использованием различных методов.

С другой стороны, исследование теплопереносных свойств таких переходов на наномасштабе было более трудным, и некоторые связанные с температурой квантовые явления в них не так хорошо изучены.

В некоторых исследованиях исследователям удалось количественно оценить свойства теплопереноса в молекулярных переходах на наноуровне с помощью метода, известного как сканирующая тепловая микроскопия (СТМ). В этом методе очень острый металлический наконечник помещается в контакт с материалом мишени, и наконечник перемещается по поверхности материала.

Наконечник нагревается сзади с помощью лазера и состоит из термопары. Это небольшое устройство измеряет изменения температуры и, таким образом, уравновешивая нагрев иглы в результате воздействия лазера с охлаждением иглы за счет тепла, поступающего в целевой образец, можно количественно определить характеристики теплопередачи материала по точкам

.

В новом исследовании, опубликованном в Журнале Американского химического общества исследователи из Tokyo Tech описали случайную, но важную находку при использовании SThM. Исследователи применяли метод SThM для количественной оценки теплопереносных свойств самоорганизующихся монослоев (SAM).

Такие образцы состояли из чередующихся полосок каждой из трех возможных пар н-бензентиола, н-бутантиола и гексадекантиола. Помимо применения стандартного контактного метода СТМ, ученые также попытались использовать бесконтактный режим, при котором острие сканирующего теплового микроскопа помещалось над образцом, не касаясь его. Внезапно исследователи осознали, что у этого бесконтактного режима есть серьезные возможности.

В контактном режиме СТМ тепло течет непосредственно от иглы к образцу. С другой стороны, в бесконтактном режиме СТМ единственный теплообмен между зондом и образцом происходит за счет теплового излучения

.

В ходе экспериментов команда обнаружила, что, хотя контактный режим лучше всего подходит для отображения характеристик теплопереноса, бесконтактный режим очень чувствителен к реальной длине молекул, «выступающих» из подложки. Таким образом, комбинация бесконтактного и контактного режимов предлагает совершенно новый способ одновременного получения топографических и термопереносных изображений образца.

Кроме того, бесконтактный метод имеет преимущества перед другими хорошо зарекомендовавшими себя методами микроскопии.

Бесконтактный подход SThM является полностью неразрушающим, в отличие от других методов, таких как атомно-силовая микроскопия, которая требует контакта между зондом сканирования и образцом и, таким образом, оказывает механическое воздействие, которое может повредить мягкие органические материалы .

Синтаро Фудзи, ведущий автор исследования и доцент Токийского технологического института

В целом понимание, предлагаемое этим исследованием, создаст основу для нового технологического прогресса и более глубокого понимания материалов в наномасштабе.

В нашей работе не только впервые были получены тепловые изображения органических SAM, но и предоставлен новый метод исследования свойств теплопереноса, который будет иметь важное значение для управления температурой в различных типах наноустройств s,

Синтаро Фудзи, ведущий автор исследования и доцент Токийского технологического института

Это исследование может помочь исследователям объяснить несколько загадок тепловых явлений.

Ссылка на журнал:

Fujji, S., и др. . (2021) Визуализация свойств теплопередачи самоорганизованных монослоев на Au (111) с помощью контактной и бесконтактной сканирующей термической микроскопии. Журнал Американского химического общества . doi.org/10.1021/jacs.1c09757.

Источник: https://www.titech.ac.jp/english[19459009visible