STEM电子显微镜首次实现表面声子的3D成像

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无论是用于显微镜、数据存储还是传感器技术,许多需要特定功能的先进技术应用都依赖于材料表面附近的电磁场结构。在纳米系统中,有表面声子,即原子晶格的时间畸变,对物理和热力学性质起决定性的作用。


如果可以具体地操纵表面声子,则可以在具有纳米表面的两个组件之间实现更好的导热或传热。例如,它可用于探测器、传感器或高效被动冷却系统中。此外,表面声子在频谱上将电磁能集中在远红外范围内。这为超分辨率镜头、改进的振动光谱或其他应用铺平了道路。


尽管具有巨大的潜力,但对固态物理学领域的探索仍然很少。为了开发新的纳米技术,必须首先使这些领域在纳米级可见。TU Graz电子显微镜和纳米分析研究所所长Gerald Kothleitner证明,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。几年前才开发出足以记录声子相对较低能量的电子显微镜。然而,迄今为止,它们只能在二维上测量得不够充分。


表面声子的首次3D成像


研究人员首次成功地在三维表面声子中成像。结果已发表在《科学》杂志上。


研究的相应作者Kothleitner表示,我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了测量,然后对其进行了层析成像重建。结果,镁表面声子产生了红外光场。氧化物纳米立方体首次在三个维度上可见,并且空间分布是可辨别的。这还使我们能够对场强增强的图像以及某些声子与环境的强相互作用进行成像。


STEM电子显微镜首次实现表面声子的3D成像


在格拉茨大学的领导下,进行了方法的开发和新颖的层析成像重建的实施。Ulrich Hohenester在熟悉的X射线图像和计算机断层扫描过程之间得出了相似之处,可以通过许多合成的2D投影来创建对象的3D重建。物理学家使用了电子束代替X射线束,,该电子束与红外光场相互作用。就像用小提琴或吉他一样,纳米立方体表面的振动分解为一系列共振。然后选择这些模式以获得最佳的实验数据。


电子显微成像技术是成功的因素


电磁场的首次综合评估取得了成功,这可以归功于TU格拉茨大学和格拉茨大学在“ NAWI Graz”框架内的紧密合作。最新一代的扫描透射电子显微镜(STEM)用于测量纳米尺度下的这些辐射与物质相互作用。世界上只有少数这种显微镜允许这种操作,其中之一就是在奥赛。


STEM电子显微镜首次实现表面声子的3D成像


声子的3D成像概念是由Gerald Kothleitner与Orsay合作开发的,该项目在泛欧洲的ESTEEM 3项目中进行了规划,该项目除其他外,正在开发新的电子显微镜技术。在应用电子能量损失谱学和电子断层扫描领域,格拉茨大学的研究人员属于世界领先的工作组。


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