200nm 미만의 입방체 표면에 달라붙는 전자기장의 첫 번째 XNUMX차원 지도는 재료가 나노스케일에서 어떻게 열을 발산하는지에 대한 신선한 빛을 던집니다. 프랑스와 오스트리아의 연구원들이 얻은 이미지는 입방체 표면 근처의 표면 포논 폴라리톤으로 알려진 적외선 광자 같은 여기의 존재를 보여줍니다. 이 현상은 나노전자 구성 요소에서 폐열을 전달하여 냉각시키는 데 이용될 수 있습니다.
포논은 이온성 고체에서 발생하는 입자와 같은 집단 진동 여기(또는 원자 진동)입니다. 그들은 고체 표면에서 광자와 결합하여 표면 포논 폴라리톤(SPhP)을 생성하는 진동하는 전기장을 발생시킵니다. 이러한 진동 및 광자 여기의 하이브리드는 물체의 표면에서만 발견되므로 일반적으로 벌크 재료에서는 거의 중요하지 않습니다. 그러나 객체가 축소되고 표면 대 부피 비율이 증가함에 따라 영향이 극적으로 증가합니다.
SPhP는 또한 중적외선(3~8mm)에서 원적외선(15~1000mm) 파장 범위에 전자기 에너지를 집중시킵니다. 이 특성으로 인해 분자의 향상된(라만) 분광법과 같은 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
근거리 시각화
이러한 모든 응용 분야는 메타물질 또는 나노입자의 표면에 존재하는 나노구조 전자기장에 의존합니다. 그러나 이 소위 근거리장을 시각화하는 것은 어려운 일임이 입증되었습니다. 전자 에너지 손실 분광법(EELS)과 같은 선구적인 기술은 전자가 이러한 표면 필드를 만났을 때 손실되는 에너지를 측정하여 작동하며 2D 윤곽선만 생성할 수 있습니다. 다른 기술은 EELS와 함께 정교한 재구성 알고리즘을 사용하여 필드의 3D 이미지를 생성하지만 이전에는 가시 파장으로 제한되었습니다.
신작에서 마티유 코시악 및 CNRS/Université Paris-Saclay의 동료들과 함께 제럴드 코틀라이트너 Graz University of Technology의 연구팀은 산화 마그네슘(MgO)의 나노 결정을 둘러싼 3D 필드를 이미지화하기 위해 단층 EELS 스펙트럼 이미징이라는 기술과 컴퓨터 모델을 결합했습니다. 이를 위해 그들은 초고 에너지 및 공간 분해능으로 물질의 광학적 특성을 조사할 수 있는 전자 및 광자 분광 현미경용으로 개발된 차세대 주사 터널링 전자 현미경(STEM)을 사용했습니다. 기기("Chromatem"이라고 하는 수정된 NION Hermes 200)는 모노크로메이터로 60keV 전자 빔을 필터링하여 에너지 분해능이 7~10meV인 빔을 생성합니다.
틸팅 기술
샘플을 가로질러 이 전자 빔을 스캐닝함으로써 Kociak, Kothleitner 및 동료들은 MgO 나노큐브의 모양을 나타내는 고각 환형 암시야 이미지를 수집했습니다. 그런 다음 샘플을 다양한 각도로 기울이고 큐브를 다른 방향으로 이미지화하고 각 스캔 위치에서 EELS 스펙트럼을 기록했습니다. 마지막으로 그들은 이미지 재구성 기술을 사용하여 결정을 둘러싼 필드의 3D 이미지를 생성했습니다.
표면 포논 폴라리톤은 열 전달을 향상시킵니다.
그들이 설명하는 새로운 접근 방식 과학, 궁극적으로 결정의 특정 지점을 목표로 하고 이들 사이의 국부적인 열 전달을 측정할 수 있습니다. 많은 나노 물체가 열 전달 중에 적외선을 흡수하기 때문에 이 기술은 이러한 전달의 3D 이미지도 제공해야 합니다. 연구원들은 "이것은 나노전자공학에 사용되는 점점 더 작아지는 구성 요소에서 열 분산을 최적화하기 위한 탐색의 한 가지 방법"이라고 말했습니다.
연구팀은 이제 더 복잡한 나노구조를 연구하기 위해 이 기술을 적용할 계획이다. 그러나 Kociak은 말합니다. 물리 세계 이것이 가능하기 전에 "일부 이론적 측면은 여전히 더 잘 이해되어야 합니다."
출처: https://physicsworld.com/a/surface-electromagnetic-fields-mapped-in-3d-at-the-nanoscale/
