Fig.1 (a) Immagine schematica della microscopia a forza fotoindotta. (b)(c) Immagini di microscopia a forza fotoindotta di un punto quantico misurato utilizzando diverse lunghezze d'onda (600 nm, 520nm). (d) Profili di forza fotoindotta per le immagini. Ciò riflette la struttura energetica elettronica progettata per la fotocatalisi. Credito:Università di Osaka
Un team di scienziati guidati dal Dipartimento di Fisica Applicata dell'Università di Osaka, il Dipartimento di Fisica ed Elettronica dell'Università della Prefettura di Osaka, e il Dipartimento di chimica dei materiali dell'Università di Nagoya ha utilizzato la microscopia a forza fotoindotta per mappare le forze che agiscono sui punti quantici in tre dimensioni. Eliminando le fonti di rumore, il team è stato in grado di ottenere una precisione subnanometrica per la prima volta in assoluto, che potrebbe portare a nuovi progressi nei fotocatalizzatori e nelle pinzette ottiche.
I campi di forza non sono le barriere invisibili della fantascienza, ma sono un insieme di vettori che indicano la grandezza e la direzione delle forze che agiscono in una regione dello spazio. Nanotecnologia, che implica la creazione e la manipolazione di piccoli dispositivi come punti quantici, a volte usa i laser per intrappolare otticamente e spostare questi oggetti. Però, la capacità di analizzare e gestire sistemi così piccoli richiede un modo migliore per visualizzare le forze 3D che agiscono su di essi.
Ora, un team di ricercatori dell'Università di Osaka, Università della prefettura di Osaka, e l'Università di Nagoya hanno mostrato per la prima volta come la microscopia a forza fotoindotta può essere utilizzata per ottenere diagrammi del campo di forza 3D con risoluzione subnanometrica. "Siamo riusciti a visualizzare il campo vicino ottico delle nanoparticelle utilizzando un microscopio a forza fotoindotta. Questo misura la forza ottica tra il campione e la sonda causata dall'irradiazione della luce, " dice il primo autore Junsuke Yamanishi.
La luce laser è stata diretta su un punto quantico posto sotto una punta di microscopia a forza atomica. Lo spostamento del punto rispetto alla punta ha consentito al microscopio di mappare il campo di forza fotoindotto 3D. Il team è stato in grado di raggiungere un livello di precisione così elevato utilizzando alcuni miglioramenti sperimentali. Hanno usato condizioni di ultra vuoto per aumentare la sensibilità alla forza, e ha impiegato la modulazione di frequenza eterodina, che comporta la miscelazione di altre due frequenze, per ridurre notevolmente l'impatto del riscaldamento termico. "Abbiamo ridotto l'effetto fototermico con questa tecnologia unica e abbiamo raggiunto per la prima volta una risoluzione inferiore a un nanometro, ", afferma l'autore senior Yasuhiro Sugawara.
Fig.2 (a) Immagine al microscopio a forza atomica di un punto quantico. (b) Immagine di microscopia a forza fotoindotta a 660 nm. (c) Profili di forza fotoindotta per l'immagine. È stata ottenuta una risoluzione spaziale inferiore a 1 nm. Credito:Università di Osaka
Fig. 3 (a) Mappatura del campo di forza 3D della forza fotoindotta. (b) Mappa del campo di forza fotoindotta 3D ottenuta sperimentalmente utilizzando il laser con lunghezza d'onda di 660 nm. Le frecce colorate indicano l'intensità e la direzione della forza nel piano. L'ombreggiatura in bianco e nero indica l'entità della forza nella direzione dell'altezza. (c) Mappa del campo di forza fotoindotta 3D teoricamente calcolata. La tendenza a spiegare bene i risultati degli esperimenti è evidente. Credito:Università di Osaka
