Un team di ricerca della McGill ha sviluppato una nuova tecnica per rilevare imperfezioni di dimensioni nanometriche nei materiali. Ritengono che questa scoperta porterà a miglioramenti nei rivelatori ottici utilizzati in un'ampia gamma di tecnologie, dai cellulari alle fotocamere e alle fibre ottiche, così come nelle celle solari.

I ricercatori, guidato dal Professor Peter Grutter del Dipartimento di Fisica della McGill, ha utilizzato la microscopia a forza atomica per rilevare le forze ultraveloci che sorgono quando la luce interagisce con la materia. Nella loro carta, pubblicato questa settimana in PNAS , dimostrano che le forze derivanti da due, Gli impulsi di luce ritardati nel tempo possono essere rilevati con precisione inferiore al femtosecondo (si tratta di milionesimi di miliardesimo di secondo) e risoluzione spaziale nanometrica in un'ampia gamma di materiali.

Tecnica migliorata per l'utilizzo della luce per rilevare le imperfezioni dei materiali

"Per comprendere e migliorare i materiali, gli scienziati in genere utilizzano impulsi di luce più veloci di 100 femtosecondi per esplorare la velocità con cui si verificano le reazioni e determinare i passaggi più lenti del processo, " spiega Zeno Schumacher, il primo autore del documento che era un borsista post-dottorato nel laboratorio di Grutter quando la ricerca è stata fatta e ora ha sede presso l'ETH di Zurigo. "Il campo elettrico di un impulso luminoso oscilla ogni pochi femtosecondi e spingerà e attirerà le cariche e gli ioni di dimensioni atomiche che compongono la materia. Questi corpi carichi quindi si muovono, o polarizzare, sotto queste forze ed è questo movimento che determina le proprietà ottiche di un materiale."

I materiali reali utilizzati nelle celle solari (noti anche come fotovoltaici) e nei rivelatori ottici utilizzati in apparecchiature come telefoni cellulari e macchine fotografiche presentano molte imperfezioni e difetti di diverso tipo che sono molto difficili da caratterizzare, in quanto sono tipicamente di dimensioni solo di un nanometro. Inoltre, è stato molto impegnativo identificare e studiare i "punti caldi" e gli "anelli deboli" nei materiali che possono rallentare o ostacolare i processi indotti dalla luce perché le tecniche tradizionali per rilevare le imperfezioni si mediano sulle differenze nelle proprietà in un'area più ampia.

Vedere le imperfezioni su scala nanometrica in una gamma di materiali

La nuova tecnica sviluppata dal team McGill combina metodi ottici non lineari ultraveloci con l'elevata risoluzione spaziale della microscopia a forza atomica. Hanno dimostrato che la loro tecnica funziona su un materiale ottico isolante non lineare (LiNbO ₃ ) così come un nanometro sottile, scaglie bidimensionali semiconduttrici di diseleniuro di molibdeno (MoSe ₂ ), un composto inorganico utilizzato nella microscopia ottica e a scansione di sonda.

"La nostra nuova tecnica è applicabile a qualsiasi materiale, come metalli, semiconduttori e isolanti, "dice Peter Grutter, l'autore senior sulla carta. "Consentirà di utilizzare un'elevata risoluzione spaziale e temporale per studiare, comprendere e infine controllare le imperfezioni dei materiali fotovoltaici. In definitiva, dovrebbe aiutarci a migliorare le celle solari e i rilevatori ottici utilizzati in un'ampia gamma di tecnologie".