納米表面聲子首次實(shí)現(xiàn)三維成像 有望促進(jìn)納米技術(shù)發(fā)展

據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志報(bào)道，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)物理研究所聯(lián)合法國南巴黎大學(xué)固體物理實(shí)驗(yàn)室，首次成功地對納米表面聲子進(jìn)行了三維成像，有望促進(jìn)新的更有效的納米技術(shù)的發(fā)展。

無論是顯微技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)還是傳感器技術(shù)，都依賴于材料表面的電磁場結(jié)構(gòu)。在納米系統(tǒng)中，表面聲子——原子晶格的時(shí)間畸變，對物理和熱力學(xué)性質(zhì)起著決定性作用。如果能對表面聲子進(jìn)行特殊操控，就有可能在兩個(gè)具有納米表面的組件之間實(shí)現(xiàn)更好的熱傳遞。

表面聲子可用于探測器、傳感器或高效的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)中。此外，表面聲子將電磁能量集中在遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)，這為造出超分辨率鏡頭、改進(jìn)振動(dòng)光譜等鋪平了道路。盡管潛力巨大，但科學(xué)家對這一領(lǐng)域的探索仍然很少。為了開發(fā)新的納米技術(shù)，必須首先使表面聲子在納米尺度上實(shí)現(xiàn)可視化。

“可視化這些局部場域是更深入地了解基本原理和更好地設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)的起點(diǎn)。”格拉茨技術(shù)大學(xué)電子顯微鏡和納米分析研究所所長杰拉爾德·科思萊特納表示，“幾年前才開發(fā)出能記錄聲子較低能量的電子顯微鏡。迄今為止，它們只能在二維平面進(jìn)行測量。”

在新研究中，他們用電子束激發(fā)了這些晶格振動(dòng)，用特殊的光譜方法對其進(jìn)行測量，然后進(jìn)行了層析成像重建。結(jié)果，氧化鎂納米立方體表面聲子產(chǎn)生的紅外光場首次在三維空間實(shí)現(xiàn)了可視化。這使研究人員得以對高場強(qiáng)下產(chǎn)生的某些聲子與環(huán)境的強(qiáng)相互作用進(jìn)行圖像處理。

研究人員之一、格拉茨技術(shù)大學(xué)物理研究所的烏爾里希·霍恩斯特將X射線圖像和計(jì)算機(jī)斷層成像過程進(jìn)行了比較。“物體的三維重建可由許多合成的二維投影創(chuàng)建。”他說，“就像在小提琴或吉他上一樣，納米立方體表面的振動(dòng)被分解成一系列共振。通過選擇這些模式，就可以獲得與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最佳一致性。”(實(shí)習(xí)記者張佳欣)

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