Un team internazionale di ricercatori, guidato dal Dr. Hyunmin Kim del Companion Diagnostics and Medical Technology Research Group presso DGIST ha sviluppato una tecnica di imaging per monitorare il movimento del suono di una sostanza atomicamente sottile ad alta risoluzione. La tecnologia potrebbe essere utilizzata nello sviluppo di nuovi materiali, celle solari e catalizzatori.

Il team di ricerca ha presentato un sistema di imaging a impulsi di generazione di seconda armonica transitoria (TSHG) in grado di analizzare le dinamiche ultraveloci della luce che interagisce con il disolfuro di molibdeno (MoS2), una tipica struttura di laminazione di atomi 2-D, con una risoluzione di 300 nanometri.

Le apparecchiature esistenti utilizzate per misurare le onde ultrasoniche generate dalla vibrazione di elettroni ultraveloci e reticoli avevano applicazioni limitate a causa del rapporto di rumore rispetto al segnale basso e alla risoluzione spaziale. Il team di ricerca ha sviluppato un microscopio con una migliore risoluzione ottica per un'analisi rapida e accurata delle caratteristiche dei materiali nell'era della produzione di massa di materiali 2-D semiconduttori.

La tecnologia di imaging TSHG sviluppata dai ricercatori può misurare la generazione del suono a livello di unità di 1011 Hz (1 Hz vibra una volta al secondo), che è generato dalla reazione di un reticolo e di un elettrone mosso da un impulso di pompa avente una lunghezza d'onda diversa, usando la generazione di una lunghezza d'onda che è la metà della lunghezza d'onda dell'impulso pro nel punto in cui la simmetria è rotta su una sostanza cristallina.

In precedenza, misurare il movimento ultraveloce dell'elettrone sulla scala di un femtosecondo (10 ^-15 secondo) in una struttura di unità atomica 2-D o la generazione di suoni correlati, un'onda a impulsi nella sonda della pompa doveva essere esposta a un materiale. La variazione nell'assorbimento o nella riflessione dell'impulso della sonda generato è stata misurata per l'analisi. Però, i segnali erano piccoli, quindi è stato necessario prolungare il tempo di misurazione e utilizzare un amplificatore di segnale ad alte prestazioni per aumentare il rapporto segnale-rumore. Il laser aveva un'energia elevata, e potrebbe quindi causare danni al campione e portare a uno stato staccabile delle molecole se la dimensione del fuoco del laser fosse regolata al di sotto di un micrometro. C'erano anche limitazioni nell'analisi se la dimensione del campione era piccola.

In questo studio, per ridurre la dimensione della messa a fuoco laser riducendo i danni al campione, Il Dr. Kim e il suo team hanno ridotto l'emissione laser utilizzata in uno spettroscopio ad assorbimento transitorio esistente da migliaia a decine di migliaia di volte, e ha applicato un sistema di scansione ad alte prestazioni per visualizzarlo in tempo reale.

Il team di ricerca ha aumentato il livello di penetrazione della sostanza del laser utilizzando una lunghezza dell'impulso del raggio vicino all'infrarosso di dimensioni 1,04 come impulso della sonda e ha localizzato la lunghezza dell'impulso dell'armonica secondaria sulla sezione del raggio visibile di colore verde (520 nm). Usando questo metodo, hanno massimizzato l'efficienza per analizzare il movimento degli elettroni alla sezione di energia di ionizzazione della banda di energia densa della sostanza 2-D quando combinati con l'impulso di pompa.

Secondo il gruppo di ricerca, è dimostrato che la nuova tecnologia di imaging è utile per analizzare varie strutture atomiche come stelle esagonali e triangolari, combinando la generazione di seconda armonica del sistema di imaging a impulsi con una funzione di imaging a impulsi misti a 4 onde e applicandola all'analisi strutturale di laminazione del disolfuro di molibdeno prodotto utilizzando il metodo di deposizione chimica in fase di vapore (CVD).

Inoltre, la tecnica TSHG dovrebbe contribuire alla ricerca sui materiali correlati. La ricerca può essere applicata a studi sulla durata della vita degli elettroni che determinano l'efficienza di materiali energetici e catalizzatori come materiali 2-D e perovskite e punti quantici.

Il dottor Kim ha detto, "L'analisi del movimento della lacuna elettronica di materiali prodotti in serie utilizzando la generazione transitoria di seconda armonica della tecnologia di imaging a impulsi può essere visualizzata contemporaneamente, che contribuirà notevolmente allo sviluppo della tecnologia di origine basata su nuovi nanomateriali. Faremo ricerche e svilupperemo elementi energetici e ottici di super-precisione espandendo la tecnologia di analisi in tempo reale ad alta risoluzione che abbiamo assicurato all'analisi degli ambienti di vincoli fisici del reticolo".