Новая «горячая» форма микроскопии исследует материалы с помощью затухающих волн.

Затухающие волны — это короткоживущие электромагнитные волны, которые не передают энергию, что-то вроде ряби на поверхности материала. Они могут генерироваться при взаимодействии света с поверхностью, но также могут генерироваться термически. Вся материя содержит энергию и излучает тепло, а локализованные колебания температуры в материи могут создавать мощные эфемерные волны. Ключ к этой мощной новой форме микроскопии, разработанной исследователями из Института промышленных наук Токийского университета, заключается в пассивном обнаружении этих волн.

«Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия с использованием рассеянного электромагнитного излучения является одним из наиболее широко используемых методов исследования свойств материалов на наноуровне», — объясняет ведущий автор Рёко Сакума. Используя тепловые инфракрасные волны, команда может наблюдать детали, которые невозможно обнаружить другими способами. «Наша новая технология использует пассивное обнаружение излучения, испускаемого самим объектом, поэтому поверхность не нуждается в освещении».

Используя прототип прибора, исследователи исследовали термически возбужденные длины волн, генерируемые в двух диэлектрических материалах: нитриде алюминия и нитриде галлия. Неожиданное слабое рассеяние можно увидеть в полосе поглощения, называемой рестраленовой полосой. Впервые такое явление наблюдалось без воздействия света. Важно отметить, что их спектроскопический анализ показал, что в полосе рестраханизма присутствуют только поляритонные волны (т. е. волны, вызванные поверхностными фононными резонансами), несмотря на теоретические предсказания, что эти поляритонные волны будут сопровождаться большим количеством тепловых флуктуаций. Эти результаты помогают нам понять длины волн термического возбуждения в этом диапазоне и закладывают основу для улучшенной модели пассивного обнаружения для идентификации диэлектрических материалов.

Команда заинтересована в дальнейшем развитии этой технологии. «Наш прибор — единственный в мире, способный наблюдать наномасштабные распределения температуры на поверхностях, используя терагерцовые длины волн». Объясняет старший автор Юсуке Кадзихара. Терагерцовый диапазон длин волн начинается в средней инфракрасной области, примерно с 10 микрометров, и простирается до 1 мм. В качестве прототипа основной текущей целью является улучшение работы инструмента. «Эта микроскопическая технология довольно новая, поэтому мы все еще изучаем, как и где ее можно применять», — добавляет Кадзихара.

Команда намерена улучшить прототип инструмента и улучшить работу технологии. Их следующим шагом является разработка улучшенной модели обнаружения. Целью является большая универсальность, ведущая к созданию нового, надежного, неразрушающего метода определения характеристик, позволяющего высоколокализованный анализ динамики поверхности материала.