Μια νέα τεχνική που ανέπτυξαν ερευνητές του University of Maryland επιτρέπει την εξαιρετικά λεπτομερή απεικόνιση της συμπεριφοράς υλικών δύο διαστάσεων, συνδυάζοντας υπέρυθρο φως με μικροσκοπική περιστροφή μιας ειδικής ακίδας.
Η μέθοδος, που ονομάζεται infrared torsional force microscopy ή TFM-IR, μπορεί να καταγράψει με σχεδόν νανομετρική ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο μια επιφάνεια παραμορφώνεται όταν απορροφά υπέρυθρη ακτινοβολία. Σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι η πρώτη τεχνική που επιτρέπει την ταυτόχρονη ανίχνευση κατακόρυφων και οριζόντιων δονήσεων με τόσο υψηλή ακρίβεια.
2D υλικά: Μια διαφορετική προσέγγιση στη μικροσκοπία
Η τεχνική βασίζεται στη μικροσκοπία ατομικής δύναμης, όπου μια εξαιρετικά λεπτή ακίδα ανιχνεύει τις δυνάμεις στην επιφάνεια ενός υλικού. Αντί όμως να κινείται μόνο πάνω και κάτω, η ακίδα περιστρέφεται γρήγορα μπρος και πίσω.
Ταυτόχρονα, παλμοί υπέρυθρου λέιζερ φωτίζουν το δείγμα. Η απορρόφηση της ακτινοβολίας προκαλεί ανεπαίσθητη διαστολή και δόνηση του υλικού. Μια δεύτερη δέσμη λέιζερ καταγράφει τις μικροσκοπικές αλλαγές στην κίνηση της ακίδας, επιτρέποντας τη δημιουργία λεπτομερούς εικόνας.
Από τη mica στο γραφένιο
Οι ερευνητές δοκίμασαν αρχικά τη μέθοδο σε mica, ένα ορυκτό με χαρακτηριστικούς χημικούς δεσμούς σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Εντόπισαν τέσσερα διαφορετικά μοτίβα δόνησης και επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα μέσω θεωρητικών προσομοιώσεων.
Στη συνέχεια μελέτησαν διπλοστοιβαγμένο γραφένιο. Ενώ η συμβατική τεχνική αποκαλύπτει το εξαγωνικό πλέγμα του υλικού, η TFM-IR ανέδειξε τον τρόπο με τον οποίο διαφορετικοί δεσμοί ανταποκρίνονται στο υπέρυθρο φως.
Εφαρμογές σε ημιαγωγούς και κβαντικές τεχνολογίες
Η νέα δυνατότητα μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση των moiré υλικών και των κβαντικών ιδιοτήτων τους, αλλά και στον εντοπισμό ελαττωμάτων σε ημιαγωγούς. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τεχνική θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων νανοσυσκευών, κβαντικών αισθητήρων και φωτονικών κβαντικών υπολογιστών.
Σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι η TFM-IR λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου, γεγονός που διευκολύνει την αξιοποίησή της σε πραγματικές εφαρμογές.
