Brown University-forskare har visat ett sätt att föra in en kraftfull form av spektroskopi-en teknik som används för att studera en mängd olika material-i nanovärlden.

Laser terahertz -utsläppsmikroskopi (LTEM) är ett växande sätt att karakterisera solcells prestanda, integrerade kretsar och andra system och material. Laserpulser som lyser upp ett provmaterial orsakar utsläpp av terahertz -strålning, som innehåller viktig information om provets elektriska egenskaper.

"Detta är ett välkänt verktyg för att studera i huvudsak allt material som absorberar ljus, men det har aldrig varit möjligt att använda det på nanoskala, "sa Daniel Mittleman, en professor i Browns tekniska högskola och motsvarande författare till ett papper som beskriver arbetet. "Vårt arbete har förbättrat teknikens upplösning så att den kan användas för att karakterisera enskilda nanostrukturer."

Vanligtvis, LTEM -mätningar utförs med en upplösning på några tiotals mikron, men denna nya teknik möjliggör mätningar ner till en upplösning på 20 nanometer, ungefär 1, 000 gånger den upplösning som tidigare var möjlig med traditionella LTEM -tekniker.

Forskningen, publicerad i tidningen ACS Photonics , leddes av Pernille Klarskov, en postdoktor i Mittlemans laboratorium, med Hyewon Kim och Vicki Colvin från Browns kemiska institution.

För deras forskning, laget anpassade för terahertz -strålning en teknik som redan används för att förbättra upplösningen av infraröda mikroskop. Tekniken använder en metallnål, avsmalnande till en vässad spets bara några tiotals nanometer över, som svävar precis ovanför ett prov som ska avbildas. När provet är upplyst, en liten del av ljuset fångas direkt under spetsen, vilket möjliggör bildupplösning ungefär lika stor som spetsens storlek. Genom att flytta spetsen, det är möjligt att skapa ultrahögupplösta bilder av ett helt prov.

Klarskov kunde visa att samma teknik också kan användas för att öka upplösningen av terahertz -utsläpp. För deras studier, hon och hennes kollegor kunde avbilda en individuell guldnanorod med 20-nanometerupplösning med hjälp av terahertz-utsläpp.

Forskarna tror att deras nya teknik kan vara allmänt användbar för att karakterisera materialens elektriska egenskaper i en aldrig tidigare skådad detalj.

"Terahertz -utsläpp har använts för att studera massor av olika material - halvledare, superledare, bredbandiga isolatorer, integrerade kretsar och andra, "Mittleman sa." Att kunna göra detta ner till nivån på enskilda nanostrukturer är en stor sak. "

Ett exempel på ett forskningsområde som kan dra nytta av tekniken, Mittleman säger, är karakteriseringen av perovskit solceller, en framväxande solteknologi som studerats mycket av Mittlemans kollegor på Brown.

"Ett av problemen med perovskiter är att de är gjorda av mångkristallina korn, och spannmålsgränserna är det som begränsar transporten av laddning över en cell, "Sa Mittleman." Med den upplösning vi kan uppnå, vi kan kartlägga varje spannmål för att se om olika arrangemang eller orienteringar påverkar laddningsrörligheten, vilket kan hjälpa till att optimera cellerna. "

Det är ett exempel på var detta kan vara användbart, Mittleman sa, men det är verkligen inte begränsat till det.

"Detta kan ha ganska breda tillämpningar, "noterade han.