Antimonsulfid, eller stibnite (Sb ₂ S ₃ ), har undersökts intensivt de senaste åren som ett lovande material för giftfria, miljövänliga solceller. Det är nu möjligt att tillverka tunna fotovoltaiska filmer av ett bläck som innehåller nanopartiklar av stibnit, och att nanomönster av dessa filmer för 2-D och 3-D strukturer av i stort sett vilken form som helst. Så enkelt, kostnadseffektiva produktionsmetoder uppfyller förutsättningar för tillförlitliga, Utbredd användning.

Eftersom stibnite är en effektiv halvledare (dvs. den har en hög absorptionskoefficient och bärarrörlighet), dess nanostruktur lovar som ett fotoväxlingsbart material för helt optisk signalbehandling och beräkning. Petra Groß, forskare vid Institutet för Fysik vid universitetet i Oldenburg förklarar, "Belysning med nära infrarött ljus, med våglängder för vilka stibnit är i stort sett transparent, kan resultera i en ultrasnabb förändring av dess brytningsindex. Detta betyder att en yta mönstrad med nanopartiklar av stibnit kan möjliggöra att optiska egenskaper som reflektion av färgutseende kan bytas av en infraröd ljuspuls."

Om stibnite nanostrukturer ska användas i omkopplingsbara nanoenheter, hög optisk kvalitet är viktigt. En nyligen genomförd studie publicerad i Avancerad fotonik undersökte de optiska egenskaperna hos nanostrukturer av stibnit. Studien visade att nanodots av stibnit kan fungera som vågledare av hög optisk kvalitet. Detta fynd, tillsammans med de enkla 2D- och 3D-struktureringsmöjligheterna och intressanta optiska egenskaper, indikerar en stark potential för nanostrukturer av stibnit som utbytbara material för framtida tillämpningar.

Stibnite nanodots

Huvudförfattaren till studien, Jinxin Zhan, är för närvarande doktorand i Near-Field Photonics Laboratory av professor Christoph Lienau vid University of Oldenburg. Zhan förklarar att elektronmikroskopbilder av stibnit indikerar en ganska ojämn yta. Samarbetar med forskare vid University of Konstanz, Zhan och hennes team syftade till att uppskatta de optiska egenskaperna hos nanostrukturen av stibnite genom att undersöka nanodots av stibnite (400 nm diameter) ovanpå en stibnite-yta.

Zhan säger, "En sådan optisk inspektion är svår. Storleken på nanostrukturerna är vanligtvis mindre än våglängden för synligt ljus, så att spektroskopiska mätningar vanligtvis endast utförs på ensembler av flera nanostrukturer. "

Nanopartikelfokus

För att uppnå den svåra optiska inspektionen, Zhan och hennes team utvecklade en ny typ av närfältsspektroskopi som möjliggör optisk studie av enskilda nanopartiklar. Den är baserad på scattering-typ scanning near-field optical microscopy (SOM), där en guldsond med en skarp spets på cirka 10 nm krökningsradie förs nära nanostrukturens yta och skannas över den. Ljuset som sprids bort från strukturen av spetsen samlas upp av en detektor.

Zhan noterar, "Vanligtvis, det finns en stor mängd bakgrundsljus, som vi undertrycker genom att modulera spets-provavståndet och genom att blanda det spridda ljuset med en bredbandsreferenslaser. En monokromator utrustad med en snabblinjekamera gör det möjligt för oss att mäta kompletta spektra vid varje position under rasterskanning." Den spektrala bandbredden är 200 nm, och den rumsliga upplösningen är cirka 20 nm, så att teamet kan studera de optiska egenskaperna, eller spektralt upplösta intensitetsprofiler, inom enskilda nanodoter.

De resulterande kartorna över stibnit-nanopartiklarna visade att de fungerar som högt brytningsindex, dielektriska vågledare, trots deras oregelbundna yta som är uppenbar i strukturella studier. Zhan förklarar vidare, "Med vår nya metod, vi ser modprofiler över nanodoterna som är mycket lika modprofilerna för guidade vågor i optiska glasfibrer. En beräkning visar att en cylindrisk vågledare av stibnit med 400 nm diameter bör stödja fyra moder. En beräknad superposition av dessa fyra lägsta ordningens lägen matchar vår experimentella observation mycket väl. Dessa lägen stöds över hela 200 nm bandbredden av vår närfältsspektroskopimätning."

Lienau noterade att denna nya teknik erbjuder ett helt nytt sätt att "se" små mängder av nanomaterial och öppnar dörren för att studera dynamiken i deras optiska excitationer på ultrasnabba tidsskalor. Han säger, "Den spektroskopiska tekniken som utvecklats av Jinxin Zhan och Petra Groß är exceptionellt lovande. Redan nu, teamet har demonstrerat lokal ljusspridningsspektroskopi med djup subvåglängdsupplösning och hög känslighet. Vi är övertygade om att vi snabbt kommer att kunna förbättra den rumsliga upplösningen till ett fånometersintervall."