• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ingenjörer tar fram en metod för att producera högupplösta, 3D -bilder av nanoskalaobjekt

    För att designa nästa generation optiska enheter, allt från effektiva solpaneler till lysdioder till optiska transistorer, ingenjörer kommer att behöva en 3-dimensionell bild som visar hur ljus interagerar med dessa objekt på nanoskala.

    Tyvärr, ljusets fysik har satt upp en vägspärr i traditionella bildtekniker:ju mindre föremålet, desto lägre bildens upplösning i 3D.

    Nu, ingenjörer vid Stanford och FOM Institute AMOLF, ett forskningslaboratorium i Nederländerna, har utvecklat en teknik som gör det möjligt att visualisera de optiska egenskaperna hos föremål som är flera tusendelar så stora som ett sandkorn, i 3D och med nanometer-upplösning.

    Forskningen är detaljerad i det aktuella numret av Naturnanoteknik .

    Tekniken innebär en unik kombination av två tekniker, katodoluminescens och tomografi, möjliggör generering av 3D-kartor över det optiska landskapet av objekt, sa studieförfattaren Ashwin Atre, en doktorand i labbgruppen av Jennifer Dionne, en biträdande professor i materialvetenskap och teknik.

    Målobjektet i detta proof-of-princip-experiment var en guldbelagd halvmåne 250 nanometer i diameter – flera hundra gånger så tunt som ett människohår. För att studera de optiska egenskaperna för halvmånen, de avbildade det först med ett modifierat svepelektronmikroskop. När den fokuserade elektronstrålen passerade genom objektet, det upphetsade halvmånen energiskt, får den att avge fotoner, en process som kallas katodoluminescens.

    Ingenjörer vid Stanford och FOM Institute AMOLF, i Nederländerna, har utvecklat ett sätt att visualisera de optiska egenskaperna hos föremål som är tusentals gånger mindre än ett sandkorn, i 3D och med upplösning i nanometerskala. Upphovsman:Dionne Group

    Både intensiteten och våglängden för de utsända fotonerna berodde på vilken del av objektet elektronstrålen exciterade, Sa Atre. Till exempel, guldskalet vid objektets bas avgav fotoner med kortare våglängder än när strålen passerade nära gapet vid halvmånens spetsar.

    Genom att skanna strålen fram och tillbaka över objektet, ingenjörerna skapade en 2-D-bild av dessa optiska egenskaper. Varje pixel i denna bild innehöll också information om våglängden för utsända fotoner över synliga och nära infraröda våglängder. Denna 2-D katodoluminescens spektral bildteknik, banbrytande av AMOLF -teamet, avslöjade de karakteristiska sätten på vilka ljus interagerar med detta objekt i nanometerskala.

    "Att tolka en 2D-bild, dock, kan vara ganska begränsande, "Atre sa." Det är som att försöka känna igen en person efter deras skugga. Vi ville verkligen förbättra det med vårt arbete. "

    För att driva tekniken in i den tredje dimensionen, ingenjörerna lutade nanocrescenten och skannade om det, samla in 2-D-utsläppsdata i ett antal vinklar, var och en ger större specificitet för platsen för den optiska signalen.

    Genom att använda tomografi för att kombinera denna tilt-serie av 2-D-bilder, liknande hur 2-D röntgenbilder av en människokropp sys ihop för att producera en 3-D CT-bild, Atre och hans kollegor skapade en 3D-karta över objektets optiska egenskaper. Denna experimentkarta avslöjar källor för ljusemission i strukturen med en rumslig upplösning i storleksordningen 10 nanometer.

    I årtionden, tekniker för att avbilda ljus-materia-interaktioner med sub-diffraktionsbegränsad upplösning har begränsats till 2D. "Detta arbete kan möjliggöra en ny era av optisk 3D-avbildning med rumslig och spektral upplösning i nanometer, sa Dionne, som är ett dotterbolag till Stanford Institute for Materials and Energy Sciences vid SLAC.

    Tekniken kan användas för att sondera många system där ljus avges vid elektronexcitation.

    "Den har applikationer för att testa olika typer av konstruerade och naturmaterial, " sa Atre. "Till exempel, den kan användas vid tillverkning av lysdioder för att optimera hur ljus släpps ut, eller i solpaneler för att förbättra absorptionen av ljus av de aktiva materialen."

    Tekniken kan till och med modifieras för avbildning av biologiska system utan behov av fluorescerande märkningar.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com