Stel je een kubus voor waarop licht wordt geprojecteerd door een zaklamp. De kubus weerkaatst het licht op een bepaalde manier, dus door simpelweg de kubus te draaien of de zaklamp te verplaatsen, is het mogelijk om elk aspect te onderzoeken en informatie over de structuur ervan af te leiden. Nutsvoorzieningen, stel je voor dat deze kubus maar een paar atomen hoog is, dat het licht alleen in infrarood waarneembaar is, en dat de zaklamp een straal van een microscoop is. Hoe ga je te werk om elk van de zijden van de kubus te onderzoeken? Dat is de vraag die onlangs is beantwoord door wetenschappers van het CNRS, l'Université Parijs-Saclay, de Universiteit van Graz en de Technische Universiteit van Graz (Oostenrijk) door het eerste 3D-beeld van de structuur van het infraroodlicht bij de nanokubus te genereren. Hun resultaten worden gepubliceerd op 26 maart 2021 in Wetenschap .

Elektronenmicroscopie gebruikt een elektronenstraal om een ​​monster te verlichten en een vergroot beeld te creëren. Het biedt ook meer volledige metingen van fysieke eigenschappen, met een ongeëvenaarde ruimtelijke resolutie die zelfs individuele atomen kan visualiseren. Chromaat, het speciale instrument van het Equipex Tempos-team voor spectroscopie, is een van deze nieuwe generatie microscopen. Het tast de optische, mechanisch, en magnetische eigenschappen van materie met een zeer hoge resolutie, een die wordt geëvenaard door slechts drie andere microscopen ter wereld.

Wetenschappers van het CNRS en l'Université Paris-Saclay, werkzaam bij het Solid States Physics Laboratory (CNRS/Université Paris-Saclay), samen met hun collega's van de Universiteit van Graz en de Technische Universiteit van Graz (Oostenrijk), gebruikte Chromatem om een ​​magnesiumoxide nanokristal te bestuderen. De vibratie van zijn atomen creëert een elektromagnetisch veld dat alleen kan worden gedetecteerd in het midden-infraroodbereik. Wanneer de door de microscoop uitgezonden elektronen indirect in contact komen met dit elektromagnetische veld, ze verliezen energie. Door dit energieverlies te meten, wordt het mogelijk om de contouren van het elektromagnetische veld rond het kristal af te leiden.

Het probleem is dat dit type microscopie alleen beelden in 2D kan opleveren, de vraag opwerpend hoe alle hoeken van de kubus te visualiseren, randen, en zijkanten. Om dat te kunnen doen, de wetenschappers ontwikkelden beeldreconstructietechnieken die, Voor de eerste keer, gegenereerde 3D-beelden van het veld rond het kristal. Dit zal het uiteindelijk mogelijk maken om een ​​specifiek punt op het kristal te richten, en het uitvoeren van gelokaliseerde warmteoverdrachten, bijvoorbeeld.

Veel andere nano-objecten absorberen infrarood licht, zoals tijdens warmteoverdrachten, en het zal nu mogelijk zijn om 3D-beelden van deze overdrachten te verstrekken. Dit is een van de exploratiemogelijkheden voor het optimaliseren van de warmteafvoer in de steeds kleinere componenten die in nano-elektronica worden gebruikt.