Las nanoestructuras son el santo grial de los nuevos materiales.
El material de maravilla grafeno, por ejemplo, es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal que, debido a su conductividad, flexibilidad, transparencia y resistencia, tiene el potencial de crear células solares más eficientes, circuitos eléctricos más pequeños y más rápidosy microchips, pantallas transparentes y condensadores y baterías de alta densidad.
Según Xiaoji Xu, profesor asistente en el Departamento de Química de la Universidad de Lehigh, otra cualidad que hace que los nanomateriales como el grafeno sean tan especiales es su capacidad para generar un fenómeno físico llamado polaritón.
Los polaritones son cuasipartículas resultantes de un fuerte acoplamiento de ondas electromagnéticas con una excitación eléctrica o magnética portadora de dipolos, a la que algunos denominan acoplamiento de materia luminosa. Los polaritones hacen posible que las nanoestructuras confinen y compriman la luzalrededor del material.
La capacidad de comprimir la luz es clave para reducir los dispositivos para futuras comunicaciones ópticas y computación. También podría conducir a la detección a una escala inferior a un nanómetro, importante para lograr avances biomédicos en la detección, prevención y tratamiento de enfermedades.
El desafío para las personas que estudian estos materiales, dice Xu, es cómo revelar y caracterizar los polaritones a nanoescala porque ningún microscopio convencional puede hacer eso.
Ahora Xu y su equipo han encontrado una manera de revelar la forma tridimensional de la interacción del polaritón alrededor de una nanoestructura. Su técnica mejora la técnica de imagen espectroscópica común conocida como microscopía óptica de campo cercano de exploración de tipo dispersión s-SNOMEl método del equipo, llamado microscopía óptica de exploración de campo cercano de exploración de tipo pico de dispersión de fuerza máxima PF-SNOM, funciona a través de una combinación de modo de derivación de fuerza máxima y detección de luz dependiente del tiempo.: "Tomografía y escaneo multimodal tipo microscopía óptica de campo cercano con modo de golpe de fuerza máxima" publicado en línea el 21 de mayo de 2018 en Comunicaciones de la naturaleza . Además de Xu, los coautores del artículo incluyen a Haomin Wang, Le Wang y Devon S. Jakob, estudiantes de doctorado en el laboratorio de Xu.
En el artículo, los autores afirman: "PF-SNOM permite el corte directo de señales verticales de campo cercano desde una superficie de muestra para imágenes tridimensionales de campo cercano y análisis espectroscópicos. Se revela la relajación inducida por la punta de los polaritones de fonón de superficiey modelado considerando la amortiguación de punta "
Según los investigadores, PF-SNOM también ofrece una resolución espacial mejorada de cinco nanómetros, en lugar de los diez nanómetros típicos que ofrece el s-SNOM tradicional.
"Nuestra técnica podría ser beneficiosa para los científicos que estudian nanoestructuras al permitirles comprender mejor cómo se distribuye el campo eléctrico alrededor de una nanoestructura dada", dice Xu.
Su método de caracterización PF-SNOM no solo es más directo que las técnicas existentes, sino que también puede obtener simultáneamente la información polaritónica, mecánica y eléctrica.
Con una medición, explica Xu, se pueden obtener múltiples modos de información, una ventaja única.
El desarrollo de PF-SNOM surgió del estudio del equipo del modo de separación, cuando dos estructuras plasmónicas se aproximan dentro de unos pocos nanómetros hay una gran mejora de la intensidad del plasmón en la separación entre las dos estructuras a medida que la energía se transfiere de una estructuraAl otro, con su capacidad de reducir esta respuesta en modo de separación en simulaciones, los investigadores decidieron tratar de extenderla al modo sin separación, al aumentar la distancia entre la punta de la sonda de microscopía de fuerza atómica AFM y la muestra.
"Utilizando una punta AFM, medimos la luz dispersa en función de la distancia de la muestra de la punta", explica Wang, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Xu y coautor del artículo. "Luego reunimos información en diferentes puntas-muestree distancias y combine toda esta información en capas para obtener la imagen tomográfica y revelar la estructura de polaritones en 3 ".
Curiosamente, cuando el equipo comenzó sus experimentos, esperaban un resultado diferente. Sin embargo, durante las simulaciones, observaron una forma especial de dispersión de la luz y vieron que había una mejora evidente del modo gap.
"Resultó que podríamos seccionar la luz en diferentes distancias de muestras de punta y usar esas señales para ver la respuesta de campo cercano en diferentes capas y en direcciones verticales", dice Wang.
Agrega: "Aunque este trabajo se realizó con infrarrojos, en principio también podría extenderse a otras frecuencias, como visible y terahercios".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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