Una nueva técnica de microscopía de fuerza atómica con resolución temporal captura fenómenos ultrarrápidos causados ​​por la luz

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(a) Se desarrolló un diagrama esquemático del sistema FM-AFM con resolución temporal. HM: medio espejo, JK FF: flip flop JK, filtro SP: filtro de paso corto. (b) Esquema de modulación del tiempo de retardo. Ajustando el voltaje de secuencia de sincronización H/L de JK FF, ajustando el tiempo de retardo entre (H, tiempo de retardo = tDr) y (L, tiempo de retardo = tDr, Árbitro), como se muestra en la figura. (c) Características de resonancia medidas para determinar el factor Q (∼10,000). (d) Imagen CCD de la configuración de medición. (e) Imagen STM resuelta atómicamente de una gran fracción de WSe2 una muestra. crédito: Física Aplicada Express (2023). doi: 10.35848/1882-0786/ad0c04

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(a) Se desarrolló un diagrama esquemático del sistema FM-AFM con resolución temporal. HM: medio espejo, JK FF: flip flop JK, filtro SP: filtro de paso corto. (b) Esquema de modulación del tiempo de retardo. Ajustando el voltaje de secuencia de sincronización H/L de JK FF, ajustando el tiempo de retardo entre (H, tiempo de retardo = tDr) y (L, tiempo de retardo = tDr, Árbitro), como se muestra en la figura. (c) Características de resonancia medidas para determinar el factor Q (∼10,000). (d) Imagen CCD de la configuración de medición. (e) Imagen STM resuelta atómicamente de una gran fracción de WSe2 una muestra. crédito: Física Aplicada Express (2023). doi: 10.35848/1882-0786/ad0c04

A pesar de los notables avances en ciencia y tecnología, los rápidos avances han revelado limitaciones en muchas áreas tecnológicas. Un desafío apremiante en los dispositivos semiconductores, que admiten comunicaciones ultrarrápidas e inteligencia artificial (IA), es desarrollar dispositivos de alto rendimiento con una infraestructura de 2 nm.

A esta escala, las estructuras de defectos de un solo átomo y las perturbaciones simples del comportamiento de los electrones influyen en gran medida en los fenómenos macroscópicos y desempeñan un papel crucial en la funcionalidad del dispositivo. Por tanto, comprender y controlar los fenómenos físicos y químicos de alta velocidad a escala nanométrica es vital para desarrollar dispositivos de alto rendimiento.

El equipo de investigación desarrolló previamente un método de microscopía de efecto túnel (STM) de resolución temporal, que combina STM y tecnología láser, para lograr una resolución espacial a nivel nanométrico y una resolución temporal de femtosegundos. Este método ha sido útil para dilucidar la dinámica de diferentes fotoexcitaciones. Sin embargo, la dependencia de STM del flujo de corriente eléctrica entre la sonda y la muestra limita su aplicación a materiales conductores.

En sus estudios, publicado en Física Aplicada Express, el equipo desarrolló un nuevo sistema AFM de resolución temporal, mejorando su operatividad integrando AFM con su exclusiva tecnología de pulso láser ultracorto. Este desarrollo permite medir la dinámica de alta velocidad en una gama más amplia de materiales, incluidos aislantes, con resolución nanométrica.

El enfoque único de contrarrestar la expansión térmica de la sonda y la muestra debido a la irradiación láser ha hecho posible obtener señales resueltas en el tiempo con una relación señal-ruido (SN) excepcionalmente alta. Además, las oscilaciones del láser se controlan eléctricamente para mejorar la operatividad.

La capacidad del AFM para medir una variedad de cosas coloca la tecnología desarrollada en esta investigación en aplicaciones de amplio alcance, que se extienden más allá de la investigación académica hacia la industria, la medicina y otros campos. Se espera que facilite el descubrimiento de nuevos principios y la creación de nuevos campos ampliando enormemente el alcance de la exploración.

más información:
Hiroyuki Moji et al., Microscopía de fuerza resuelta en el tiempo utilizando el método de modulación del tiempo de retardo, Física Aplicada Express (2023). doi: 10.35848/1882-0786/ad0c04

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