پژوهشگران موفق به ساخت میکروسکوپی با استفاده از فناوری لیزر فرابنفش عمیق (DUV) شده‌اند که امکان مطالعه مواد سخت مانند الماس را در مقیاس نانو فراهم می‌کند.
به گزارش ساینس دیلی، این نوآوری که از چالشی در صنعت الهام گرفته است، الگو‌های گرمایی در مقیاس نانو را با استفاده از نور لیزر پرانرژی ایجاد کرده و رفتار‌های انتقالی حیاتی برای الکترونیک پیشرفته را آشکار می‌کند.
نیمه‌هادی‌های فوق‌العاده با گاف باند گسترده و پتانسیل آنها
نیمه‌هادی‌هایی مانند الماس که گاف انرژی گسترده‌تری بین باند‌های ظرفیت و رسانش دارند، زمینه‌ساز نسل بعدی الکترونیک هستند. این ویژگی به آنها اجازه می‌دهد ولتاژ‌های بالاتر را تحمل کرده، سرعت بیشتری داشته باشند و بازدهی بیشتری نسبت به مواد سنتی مانند سیلیکون داشته باشند. با این حال، مطالعه حرکت بار و گرما در این مواد در مقیاس‌های کوچک (نانومتر تا میکرومتر) چالش‌برانگیز است. نور مرئی که به طور معمول برای مطالعه مواد استفاده می‌شود، در این موارد کارایی ندارد، زیرا نمی‌تواند خواص نانومقیاس را بررسی کند و همچنین الماس به دلیل شفافیت در برابر نور مرئی، امکان ایجاد جریان الکتریکی یا گرمایش سریع را فراهم نمی‌کند.
توسعه میکروسکوپ لیزر فرابنفش عمیق
تیمی از پژوهشگران مؤسسه JILA به رهبری پروفسور‌های فیزیک دانشگاه کلرادو، مارگارت مورنین و هنری کپتین، با توسعه میکروسکوپ نوآورانه‌ای موفق به مطالعه مواد فوق‌العاده با گاف باند گسترده مانند الماس در مقیاسی بی‌سابقه شده‌اند. این میکروسکوپ رومیزی که نتایج آن در مجله Physical Review Applied منتشر شده است، قادر به ایجاد الگو‌های گرمایی نانومقیاس روی سطح مواد با استفاده از نور لیزر فرابنفش است.
این الگو‌های گرمایی به پژوهشگران اجازه می‌دهد نحوه‌ی پخش گرما را در طول زمان رصد کرده و به بینش‌های ارزشمندی در مورد خواص الکترونیکی، حرارتی و مکانیکی مواد با وضوح فضایی تا ۲۸۷ نانومتر دست یابند.
چالشی از یک شریک صنعتی
این پروژه با درخواست غیرمنتظره‌ای از سوی دانشمندان شرکت ۳M آغاز شد. آنها از تیم JILA خواستند تا نمونه‌ای از مواد فوق‌العاده با گاف باند گسترده را که با میکروسکوپ‌های موجود سازگار نبود، مطالعه کنند. این چالش پژوهشگران را به توسعه سیستمی با استفاده از نور فرابنفش عمیق برای بررسی مواد سوق داد.
تولید نور فرابنفش عمیق و ایجاد الگو‌های نانومقیاس
برای تولید نور فرابنفش عمیق، پژوهشگران از لیزری با طول موج ۸۰۰ نانومتر شروع کرده و با عبور نور از کریستال‌های غیرخطی، آن را به طول موج‌های کوتاه‌تر و پرانرژی‌تر تبدیل کردند. سپس، با استفاده از تکنیک‌های تداخل نور، الگو‌های گرمایی دوره‌ای (شبکه‌های گذرا) روی سطح مواد ایجاد کردند. این الگو‌ها به مطالعه رفتار گرما و الکترون‌ها در مقیاس نانو کمک کردند.
کاربرد‌ها و آینده فناوری
این پیشرفت‌ها می‌توانند نقشی حیاتی در توسعه الکترونیک‌های قدرتی پیشرفته، سیستم‌های ارتباطی کارآمد و فناوری‌های کوانتومی ایفا کنند. این فناوری، امکان مطالعه موادی مانند الماس را بدون تغییر در ساختار اصلی آنها فراهم کرده و بینش‌های جدیدی در مورد انتقال گرما و الکترون در مقیاس نانو ارائه داده است.
انتهای پیام/