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光谱学

光谱学

纳米尺度在3D中映射的表面电磁场

30 Apr 2021 Isabelledumé.
靠近领域MgO纳米骨筒
围绕氧化镁纳米纤维围绕电磁场的三维重构。三种模式(I,II,III)代表纳米内的不同能量吸收。 ©G. Habelferner,格拉茨大学

电磁场的第一个三维图,即“紧贴”在小于200nm的立方体的表面上,对纳米级材料散发出热量的新鲜光线。由法国和奥地利的研究人员获得的图像揭示了已知的红外光子般的激励,称为靠近立方体表面附近的表面声子偏振子 - 一种可能被利用以传达纳米电子元件的废热,使其冷却下来的现象。

声子是在离子固体中发生的颗粒状的集体振动激发(或原子振动)。它们产生振荡电场,将电场与固体表面的光子耦合,以产生表面声子极谱(SPHPS)。这些振动和光子激发的混合物仅在物体的表面上被发现,因此通常在散装材料中具有很小的重要性。然而,随着物体收缩和它们的表面到体积比增加,它们的影响力显着增加。

SPHPS还将中红外线(3至8 mm)中的电磁能集中到远红外(15至1000mm)波长范围内。此属性可能使得可以在诸如分子的增强(拉曼)光谱等应用中。

可视化近场

所有这些应用取决于在超材料或纳米颗粒的表面处存在的纳米结构电磁场。然而,可视化这一所谓的近场已经证明是困难的。电子能量损失光谱(EEL)等开拓技巧,其通过测量能量电子时遇到这些表面字段时,只能产生2D轮廓。其他技术使用复杂的重建算法与EEL结合使用以产生该字段的3D图像,但是这些预先限制为可见波长。

在新工作中, Mathieu Kociak. 来自CNRS /Université巴黎 - 萨利的同事以及 Gerald Kothleitner of Graz技术大学,用技术组合计算机模型称为断层鳗谱图像以图像围绕氧化镁(MgO)的纳米晶体围绕纳米晶体的3D场。为此,它们使用了为电子和光子谱分辨率开发的新一代扫描隧道电子显微镜(Stew),其可以用超高能量和空间分辨率探测物质的光学性质。该仪器(一种称为“色谱”)的仪器(改进的尼瓦氏Hermes200)滤过一个60-KeV电子束,单色器以产生7至10meV的能量分辨率的光束。

倾斜技术

通过将该电子束扫描到它们的样本,Kociak,Kothleitner和同事收集的高角度环形暗场图像,揭示了MgO纳米骨的形状。然后,它们以各种角度倾斜样品,以不同的取向成像立方体并在每个扫描位置记录鳗鱼光谱。最后,它们使用图像重建技术来生成晶体周围的场的3D图像。

新方法,他们描述了 科学,最终将实现晶体上的特定点并测量它们之间的局部热传递。由于许多纳米物体在传热过程中吸收红外光,因此该技术还应提供这种转移的3D图像。 “这是优化纳米电子学越来越小的部件中优化散热的探索的一个途径,”研究人员说。

该团队现在计划应用其技术来研究更复杂的纳米结构。但是,科科克告诉了 物理世界 在这可能之前,“仍然需要更好地理解一些理论方面”。

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