Nonostante i notevoli progressi nella scienza e nella tecnologia, i rapidi progressi hanno messo in luce i limiti in molti settori tecnologici. Una sfida urgente nei dispositivi a semiconduttore, che sono alla base delle comunicazioni ad altissima velocità e dell'intelligenza artificiale (AI), è lo sviluppo di dispositivi ad alte prestazioni con una struttura di base di 2 nanometri (nm).
Su questa scala, le strutture difettose del singolo atomo e i disturbi minori del comportamento degli elettroni influenzano considerevolmente i fenomeni macroscopici, giocando un ruolo cruciale nella funzionalità del dispositivo. Pertanto, comprendere e controllare i fenomeni fisici e chimici ad alta velocità su scala nanometrica è vitale per lo sviluppo di dispositivi ad alte prestazioni.
Il gruppo di ricerca ha precedentemente sviluppato un metodo di microscopia a tunneling a scansione (STM) risolta nel tempo, combinando la STM con la tecnologia laser, per ottenere una risoluzione spaziale a livello nanometrico e una risoluzione temporale al femtosecondo. Questo metodo è stato determinante nel chiarire varie dinamiche fotoeccitate. Tuttavia, la dipendenza di STM dal flusso di corrente elettrica tra la sonda e il campione ne limita l'applicazione ai materiali conduttivi.
Nel loro studio, pubblicato su Applied Physics Express , il team ha sviluppato un nuovo sistema AFM risolto nel tempo, migliorandone l'operatività unendo l'AFM con la loro esclusiva tecnologia a impulsi laser ultracorti. Questo sviluppo consente la misurazione della dinamica ad alta velocità in una gamma più ampia di materiali, compresi gli isolanti, con risoluzione nanometrica.
Un approccio unico per contrastare l'espansione termica della sonda e del campione dovuta all'irradiazione laser ha consentito l'acquisizione di segnali risolti nel tempo con un rapporto segnale/rumore (SN) eccezionalmente elevato. Inoltre, l'oscillazione del laser è controllata elettricamente per migliorare l'operatività.
La capacità dell’AFM di misurare una vasta gamma di oggetti consente alla tecnologia sviluppata in questa ricerca di avere applicazioni diffuse, estendendosi oltre la ricerca accademica all’industria, alla medicina e ad altri campi. Si prevede che faciliterà la scoperta di nuovi principi e la genesi di nuovi campi ampliando notevolmente la portata dell'esplorazione.
Ulteriori informazioni: Hiroyuki Mogi et al, Microscopia a forza risolta nel tempo utilizzando il metodo di modulazione del tempo di ritardo, Applied Physics Express (2023). DOI:10.35848/1882-0786/ad0c04
Fornito dall'Università di Tsukuba
