纳米表面声子首次实现三维成像

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2021-10-25 09:55 科技日报

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据最新一期《科学》杂志报道,奥地利格拉茨技术大学物理研究所联合法国南巴黎大学固体物理实验室,首次成功地对纳米表面声子进行了三维成像,有望促进新的更有效的纳米技术的发展。

无论是显微技术、数据存储还是传感器技术,都依赖于材料表面的电磁场结构。在纳米系统中,表面声子——原子晶格的时间畸变,对物理和热力学性质起着决定性作用。如果能对表面声子进行特殊操控,就有可能在两个具有纳米表面的组件之间实现更好的热传递。

表面声子可用于探测器、传感器或高效的被动冷却系统中。此外,表面声子将电磁能量集中在远红外范围内,这为造出超分辨率镜头、改进振动光谱等铺平了道路。尽管潜力巨大,但科学家对这一领域的探索仍然很少。为了开发新的纳米技术,必须首先使表面声子在纳米尺度上实现可视化。

“可视化这些局部场域是更深入地了解基本原理和更好地设计纳米结构的起点。”格拉茨技术大学电子显微镜和纳米分析研究所所长杰拉尔德·科思莱特纳表示,“几年前才开发出能记录声子较低能量的电子显微镜。迄今为止,它们只能在二维平面进行测量。”

在新研究中,他们用电子束激发了这些晶格振动,用特殊的光谱方法对其进行测量,然后进行了层析成像重建。结果,氧化镁纳米立方体表面声子产生的红外光场首次在三维空间实现了可视化。这使研究人员得以对高场强下产生的某些声子与环境的强相互作用进行图像处理。

研究人员之一、格拉茨技术大学物理研究所的乌尔里希·霍恩斯特将X射线图像和计算机断层成像过程进行了比较。“物体的三维重建可由许多合成的二维投影创建。”他说,“就像在小提琴或吉他上一样,纳米立方体表面的振动被分解成一系列共振。通过选择这些模式,就可以获得与实验数据的最佳一致性。”

责任编辑:李继业(QF0004)

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