Immagina un cubo su cui la luce viene proiettata da una torcia. Il cubo riflette la luce in un modo particolare, quindi la semplice rotazione del cubo o lo spostamento della torcia permette di esaminare ogni aspetto e dedurre informazioni sulla sua struttura. Ora, immagina che questo cubo sia alto solo pochi atomi, che la luce è rilevabile solo nell'infrarosso, e che la torcia è un raggio di un microscopio. Come fare per esaminare ciascuno dei lati del cubo? Questa è la domanda a cui hanno recentemente risposto gli scienziati del CNRS, l'Université Paris-Saclay, l'Università di Graz e la Graz University of Technology (Austria) generando la prima immagine 3D della struttura della luce infrarossa vicino al nanocubo. I loro risultati saranno pubblicati il ​​26 marzo 2021 in Scienza .

La microscopia elettronica utilizza un fascio di elettroni per illuminare un campione e creare un'immagine ingrandita. Fornisce inoltre misurazioni più complete delle proprietà fisiche, con una risoluzione spaziale senza rivali che può persino visualizzare singoli atomi. Cromatema, lo strumento dedicato per la spettroscopia del team Equipex Tempos, è uno di questi microscopi di nuova generazione. Sonda l'ottica, meccanico, e proprietà magnetiche della materia ad altissima risoluzione, uno che è eguagliato solo da altri tre microscopi al mondo.

Scienziati del CNRS e dell'Université Paris-Saclay che lavorano presso il Laboratorio di Fisica degli Stati Solidi (CNRS/Université Paris-Saclay), insieme ai loro colleghi dell'Università di Graz e della Graz University of Technology (Austria), ha usato Chromatem per studiare un nanocristallo di ossido di magnesio. La vibrazione dei suoi atomi crea un campo elettromagnetico che può essere rilevato solo nel medio infrarosso. Quando gli elettroni emessi dal microscopio incontrano indirettamente questo campo elettromagnetico, perdono energia. Misurando questa perdita di energia, diventa possibile dedurre i contorni del campo elettromagnetico che circonda il cristallo.

Il problema è che questo tipo di microscopia può fornire solo immagini in 2D, sollevando la questione di come visualizzare tutti gli angoli del cubo, bordi, e lati. Per farlo, gli scienziati hanno sviluppato tecniche di ricostruzione delle immagini che hanno, per la prima volta, immagini 3D generate del campo che circonda il cristallo. Ciò consentirà alla fine di mirare a un punto specifico sul cristallo, e condurre trasferimenti di calore localizzati, ad esempio.

Molti altri nano-oggetti assorbono la luce infrarossa, come durante i trasferimenti di calore, e sarà ora possibile fornire immagini 3D di questi trasferimenti. Questa è una via di esplorazione per ottimizzare la dissipazione del calore nei componenti sempre più piccoli utilizzati nella nanoelettronica.