청색광을 사용하여 고급 재료의 전자 측정

Sep 10, 2023

청색광을 사용하여 고급 재료의 전자 측정: PROVIDENCE, RI[브라운 대학교] - 블루라이트를 사용하여 반도체 및 기타 나노 크기 재료의 전자를 측정하는 새로운 현미경 기술을 통해 브라운 대학 연구팀은 전력 장치에 도움이 될 수 있는 이러한 중요한 구성 요소 연구에서 새로운 가능성의 영역을 열고 있습니다. 휴대폰이나 노트북처럼요.

이번 발견은 나노스케일 이미징 분야에서는 처음이며, 언젠가 보다 에너지 효율적인 반도체와 전자공학으로 이어질 수 있는 다양한 재료의 주요 현상에 대한 연구를 크게 제한해 온 오랜 문제에 대한 해결 방법을 제공합니다. Light: Science & Application에 게재된 연구입니다.

"요즘 광학을 사용하여 나노 규모 해상도의 재료를 연구하는 데 많은 관심이 있습니다"라고 Brown 공과대학 교수이자 해당 연구를 설명하는 논문의 저자인 Daniel Mittleman이 말했습니다. "파장이 짧아질수록 구현하기가 훨씬 더 어려워집니다. 결과적으로 지금까지 청색광을 사용한 사람은 아무도 없었습니다."

일반적으로 연구자들이 나노크기 물질을 연구하기 위해 레이저와 같은 광학 장치를 사용할 때 적색광이나 적외선과 같은 장파장을 방출하는 빛을 사용합니다. 이번 연구에서 연구진이 살펴본 방법은 산란형 주사 근접장 현미경(s-SNOM)이라고 불린다. 이는 수십 나노미터 크기의 날카로운 팁에서 빛을 산란시키는 것과 관련됩니다. 팁은 이미지화할 샘플 재료 바로 위에 위치합니다. 해당 샘플에 광학적 빛을 비추면 빛이 산란되고 산란된 빛의 일부가 팁 바로 아래 샘플의 나노 크기 영역에 대한 정보와 함께 남습니다. 연구자들은 산란된 방사선을 분석하여 이 작은 양의 물질에 대한 정보를 추출합니다.

이 기술은 많은 기술 발전의 기초가 되었지만 청색광과 같이 파장이 훨씬 짧은 빛을 사용하는 경우에는 벽에 부딪힙니다. 이는 적색광이 효과적이지 않은 특정 물질을 연구하는 데 더 적합한 청색광을 사용하여 이미 잘 연구된 반도체에서 새로운 통찰력을 얻는 것이 기술이 발명된 1990년대 이후로 불가능하다는 것을 의미합니다.

청색광을 사용하여 고급 재료의 전자 측정: 새로운 연구에서 Brown의 연구원은 적색 대신 청색광을 사용하여 s-SNOM의 최초 실험적 시연으로 여겨지는 것을 수행하기 위해 이 장애물을 어떻게 극복했는지 제시합니다.

실험을 위해 연구진은 적색광으로는 얻을 수 없는 실리콘 샘플에서 측정값을 얻기 위해 청색광을 사용했습니다. 측정은 나노 규모의 재료를 연구하기 위해 더 짧은 파장을 사용하는 것에 대한 귀중한 개념 증명을 제공했습니다.

Mittleman은 "우리는 이러한 새로운 측정값을 실리콘에서 볼 수 있는 것과 비교할 수 있었고 일치가 매우 좋았다"고 말했습니다. "이를 통해 측정이 제대로 작동하고 결과를 해석하는 방법을 이해하고 있음이 확인되었습니다. 이제 이전에는 불가능했던 방식으로 이러한 모든 자료를 연구할 수 있습니다."

실험을 수행하기 위해 연구자들은 창의력을 발휘해야 했습니다. 본질적으로 그들은 일을 더 복잡하게 만들어 일을 더 쉽게 만들기로 결정했습니다. 예를 들어 일반적인 기술의 경우 청색광은 파장이 너무 짧기 때문에 사용하기 어렵습니다. 즉, 금속 팁 근처의 올바른 지점에 초점을 맞추는 것이 더 어렵습니다. 올바르게 정렬되지 않으면 측정이 작동하지 않습니다. 적색광을 사용하면 이 초점 조건이 더 완화되어 산란된 빛을 효율적으로 추출하기 위해 광학 장치를 정렬하기가 더 쉬워집니다.

이러한 과제를 염두에 두고 연구원들은 청색광을 사용하여 샘플을 조명하여 빛이 산란되도록 할 뿐만 아니라 샘플에서 테라헤르츠 방사선의 폭발을 생성했습니다. 방사선은 샘플의 전기적 특성에 대한 중요한 정보를 전달합니다. 이 솔루션은 추가 단계를 추가하고 과학자가 분석해야 하는 데이터의 양을 늘리지만 팁을 샘플 위에 정렬하는 방식을 정확하게 정렬할 필요는 없습니다. 여기서 핵심은 테라헤르츠 방사선의 파장이 훨씬 길기 때문에 정렬이 훨씬 더 쉽다는 것입니다.