I ricercatori della Brown University hanno dimostrato un modo per portare una potente forma di spettroscopia, una tecnica utilizzata per studiare un'ampia varietà di materiali, nel nanomondo.

La microscopia laser a emissione di terahertz (LTEM) è un mezzo fiorente per caratterizzare le prestazioni delle celle solari, circuiti integrati e altri sistemi e materiali. Gli impulsi laser che illuminano un materiale campione causano l'emissione di radiazioni terahertz, che contiene importanti informazioni sulle proprietà elettriche del campione.

"Questo è uno strumento ben noto per studiare essenzialmente qualsiasi materiale che assorbe la luce, ma non è mai stato possibile utilizzarlo su scala nanometrica, " ha detto Daniel Mittleman, un professore della Brown's School of Engineering e corrispondente autore di un articolo che descrive il lavoro. "Il nostro lavoro ha migliorato la risoluzione della tecnica in modo che possa essere utilizzata per caratterizzare le singole nanostrutture".

Tipicamente, Le misurazioni LTEM vengono eseguite con risoluzione di poche decine di micron, ma questa nuova tecnica consente misurazioni fino a una risoluzione di 20 nanometri, circa 1, 000 volte la risoluzione precedentemente possibile utilizzando le tradizionali tecniche LTEM.

La ricerca, pubblicato sulla rivista Fotonica ACS , era guidata da Pernille Klarskov, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Mittleman, con Hyewon Kim e Vicki Colvin del Dipartimento di Chimica di Brown.

Per la loro ricerca, il team ha adattato per la radiazione terahertz una tecnica già utilizzata per migliorare la risoluzione dei microscopi a infrarossi. La tecnica utilizza un perno di metallo, rastremato fino a una punta affilata di poche decine di nanometri di diametro, che si libra appena sopra un campione da riprendere. Quando il campione è illuminato, una piccola parte della luce viene catturata direttamente sotto la punta, che consente una risoluzione dell'immagine approssimativamente uguale alla dimensione della punta. Spostando la punta in giro, è possibile creare immagini ad altissima risoluzione di un intero campione.

Klarskov è stato in grado di dimostrare che la stessa tecnica potrebbe essere utilizzata anche per aumentare la risoluzione dell'emissione di terahertz. Per il loro studio, lei ei suoi colleghi sono stati in grado di visualizzare un singolo nanorod d'oro con una risoluzione di 20 nanometri utilizzando l'emissione di terahertz.

I ricercatori ritengono che la loro nuova tecnica potrebbe essere ampiamente utile per caratterizzare le proprietà elettriche dei materiali con dettagli senza precedenti.

"L'emissione di terahertz è stata utilizzata per studiare molti materiali diversi:semiconduttori, superconduttori, isolanti a banda larga, circuiti integrati e altri, " Ha detto Mittleman. "Essere in grado di farlo fino al livello delle singole nanostrutture è un grosso problema".

Un esempio di un'area di ricerca che potrebbe beneficiare della tecnica, Mittleman dice, è la caratterizzazione delle celle solari a perovskite, una tecnologia solare emergente studiata ampiamente dai colleghi di Mittleman alla Brown.

"Uno dei problemi con le perovskiti è che sono fatte di grani multicristallini, e i bordi di grano sono ciò che limita il trasporto di carica attraverso una cella, " ha detto Mittleman. "Con la risoluzione che possiamo raggiungere, possiamo mappare ogni grano per vedere se diverse disposizioni o orientamenti hanno un'influenza sulla mobilità della carica, che potrebbe aiutare a ottimizzare le celle."

Questo è un esempio di dove potrebbe essere utile, Mittleman ha detto, ma di certo non si limita a questo.

"Questo potrebbe avere applicazioni abbastanza ampie, " ha osservato.