Ondanks opmerkelijke vooruitgang op het gebied van wetenschap en technologie hebben snelle ontwikkelingen beperkingen op veel technologische gebieden blootgelegd. Een urgente uitdaging op het gebied van halfgeleiderapparaten, die ten grondslag liggen aan ultrasnelle communicatie en kunstmatige intelligentie (AI), is de ontwikkeling van hoogwaardige apparaten met een basisstructuur van 2 nanometer (nm).

Op deze schaal hebben defectstructuren met één atoom en kleine verstoringen van het elektrongedrag een aanzienlijke invloed op macroscopische verschijnselen, en spelen ze een cruciale rol in de functionaliteit van apparaten. Daarom is het begrijpen en beheersen van fysische en chemische fenomenen op nanometerschaal van cruciaal belang voor de ontwikkeling van hoogwaardige apparaten.

Het onderzoeksteam ontwikkelde eerder een tijdsopgeloste scanning tunneling microscopie (STM) -methode, waarbij STM werd gecombineerd met lasertechnologie, om ruimtelijke resolutie op nanoniveau en femtoseconde temporele resolutie te bereiken. Deze methode heeft een belangrijke rol gespeeld bij het ophelderen van verschillende foto-geëxciteerde dynamieken. De afhankelijkheid van STM van de elektrische stroom tussen de sonde en het monster beperkt echter de toepassing ervan op geleidende materialen.

In hun onderzoek, gepubliceerd in Technische Natuurkunde Express heeft het team een ​​nieuw tijdsopgelost AFM-systeem ontwikkeld, dat de bruikbaarheid ervan verbetert door AFM te combineren met hun unieke ultrakorte laserpulstechnologie. Deze ontwikkeling maakt het mogelijk om hogesnelheidsdynamica te meten in een breder scala aan materialen, waaronder isolatoren, met een resolutie van nanometers.

Een unieke aanpak om de thermische uitzetting van de sonde en het monster als gevolg van laserbestraling tegen te gaan, heeft de acquisitie van tijdsopgeloste signalen met een uitzonderlijk hoge signaal-ruisverhouding (SN) mogelijk gemaakt. Bovendien wordt de laseroscillatie elektrisch geregeld om de bediening te verbeteren.

Het vermogen van de AFM om een ​​breed scala aan objecten te meten, zorgt ervoor dat de in dit onderzoek ontwikkelde technologie wijdverspreide toepassingen heeft, die verder reiken dan academisch onderzoek naar industrieën, de geneeskunde en andere gebieden. Er wordt verwacht dat het de ontdekking van nieuwe principes en het ontstaan ​​van nieuwe velden zal vergemakkelijken door de reikwijdte van het onderzoek aanzienlijk te verbreden.

Meer informatie: Hiroyuki Mogi et al., Tijdsopgeloste krachtmicroscopie met behulp van de delay-time modulatiemethode, Applied Physics Express (2023). DOI:10.35848/1882-0786/ad0c04

Aangeboden door Universiteit van Tsukuba