納米表面聲子首次實現(xiàn)三維成像 有望促進更有效納米技術的發(fā)展

據(jù)最新一期《科學》雜志報道，奧地利格拉茨技術大學物理研究所聯(lián)合法國南巴黎大學固體物理實驗室，首次成功地對納米表面聲子進行了三維成像，有望促進新的更有效的納米技術的發(fā)展。

無論是顯微技術、數(shù)據(jù)存儲還是傳感器技術，都依賴于材料表面的電磁場結構。在納米系統(tǒng)中，表面聲子——原子晶格的時間畸變，對物理和熱力學性質起著決定性作用。如果能對表面聲子進行特殊操控，就有可能在兩個具有納米表面的組件之間實現(xiàn)更好的熱傳遞。

表面聲子可用于探測器、傳感器或高效的被動冷卻系統(tǒng)中。此外，表面聲子將電磁能量集中在遠紅外范圍內(nèi)，這為造出超分辨率鏡頭、改進振動光譜等鋪平了道路。盡管潛力巨大，但科學家對這一領域的探索仍然很少。為了開發(fā)新的納米技術，必須首先使表面聲子在納米尺度上實現(xiàn)可視化。

“可視化這些局部場域是更深入地了解基本原理和更好地設計納米結構的起點。”格拉茨技術大學電子顯微鏡和納米分析研究所所長杰拉爾德·科思萊特納表示，“幾年前才開發(fā)出能記錄聲子較低能量的電子顯微鏡。迄今為止，它們只能在二維平面進行測量。”

在新研究中，他們用電子束激發(fā)了這些晶格振動，用特殊的光譜方法對其進行測量，然后進行了層析成像重建。結果，氧化鎂納米立方體表面聲子產(chǎn)生的紅外光場首次在三維空間實現(xiàn)了可視化。這使研究人員得以對高場強下產(chǎn)生的某些聲子與環(huán)境的強相互作用進行圖像處理。

研究人員之一、格拉茨技術大學物理研究所的烏爾里希·霍恩斯特將X射線圖像和計算機斷層成像過程進行了比較。“物體的三維重建可由許多合成的二維投影創(chuàng)建。”他說，“就像在小提琴或吉他上一樣，納米立方體表面的振動被分解成一系列共振。通過選擇這些模式，就可以獲得與實驗數(shù)據(jù)的最佳一致性。”(張佳欣)