Föreställ dig en kub på vilken ljus projiceras av en ficklampa. Kuben reflekterar ljuset på ett speciellt sätt, så att helt enkelt snurra kuben eller flytta ficklampan gör det möjligt att undersöka varje aspekt och härleda information om dess struktur. Nu, föreställ dig att den här kuben bara är några få atomer hög, att ljuset bara kan detekteras i infrarött, och att ficklampan är en stråle från ett mikroskop. Hur går man tillväga för att undersöka var och en av kubens sidor? Det är frågan som nyligen besvarades av forskare från CNRS, l'Université Paris-Saclay, University of Graz och Graz University of Technology (Österrike) genom att generera den första 3D-bilden av strukturen hos det infraröda ljuset nära nanokuben. Deras resultat kommer att publiceras den 26 mars 2021 i Vetenskap .

Elektronmikroskopi använder en elektronstråle för att belysa ett prov och skapa en förstorad bild. Det ger också mer kompletta mätningar av fysikaliska egenskaper, med oöverträffad rumslig upplösning som till och med kan visualisera enskilda atomer. Kromatem, Equipex Tempos-teamets dedikerade instrument för spektroskopi, är ett av dessa nya generationens mikroskop. Den sonderar den optiska, mekanisk, och magnetiska egenskaper hos materia med mycket hög upplösning, ett som bara matchas av tre andra mikroskop i världen.

Forskare från CNRS och l'Université Paris-Saclay som arbetar vid Solid States Physics Laboratory (CNRS/Université Paris-Saclay), tillsammans med sina kollegor vid University of Graz och Graz University of Technology (Österrike), använde Chromatem för att studera en nanokristall av magnesiumoxid. Vibrationen av dess atomer skapar ett elektromagnetiskt fält som endast kan detekteras i det mellaninfraröda området. När elektronerna som emitteras av mikroskopet indirekt möter detta elektromagnetiska fält, de tappar energi. Genom att mäta denna energiförlust, det blir möjligt att härleda konturerna av det elektromagnetiska fältet som omger kristallen.

Problemet är att den här typen av mikroskopi bara kan ge bilder i 2D, väcker frågan om hur man visualiserar alla kubens hörn, kanter, och sidor. För att göra det, forskarna utvecklade bildrekonstruktionstekniker som har, för första gången, genererade 3D-bilder av fältet som omger kristallen. Detta kommer så småningom att göra det möjligt att rikta in sig på en specifik punkt på kristallen, och utföra lokaliserade värmeöverföringar, till exempel.

Många andra nanoobjekt absorberar infrarött ljus, som vid värmeöverföringar, och det kommer nu att vara möjligt att tillhandahålla 3D-bilder av dessa överföringar. Detta är en utforskningsväg för att optimera värmeavledning i de allt mindre komponenterna som används i nanoelektronik.