“附着”在直径小于 200 nm 的立方体表面的电磁场的第一个三维图为了解材料如何在纳米尺度上散热提供了新的思路。 这些图像由法国和奥地利的研究人员获得，揭示了立方体表面附近存在被称为表面声子极化子的红外光子激发——这种现象可能被用来将废热从纳米电子元件中传递出去，从而使它们冷却下来。
声子是发生在离子固体中的类粒子集体振动激发（或原子振动）。 它们产生振荡电场，与固体表面的光子耦合，产生表面声子极化激元 (SPhP)。 这些振动和光子激发的混合体只存在于物体表面，因此在散装材料中通常不重要。 然而，随着物体缩小和表面积与体积比的增加，它们的影响会急剧增加。
SPhP 还将电磁能集中在中红外（3 至 8 毫米）到远红外（15 至 1000 毫米）波长范围内。 这种特性可能使它们有可能用于分子的增强（拉曼）光谱等应用中。
可视化近场
所有这些应用都依赖于存在于超材料或纳米粒子表面的纳米结构电磁场。 然而，将这种所谓的近场可视化已被证明是困难的。 电子能量损失谱 (EELS) 等开创性技术通过测量电子遇到这些表面场时损失的能量来工作，但只能生成二维轮廓。 其他技术使用复杂的重建算法与 EELS 相结合来生成场的 2D 图像，但这些以前仅限于可见波长。
在新作品中， 马修科恰克 和法国国家科学研究中心/巴黎萨克雷大学的同事，以及 杰拉尔德·科斯莱特纳 Graz University of Technology 将计算机模型与一种称为层析 EELS 光谱成像的技术相结合，对氧化镁 (MgO) 纳米晶体周围的 3D 场进行成像。 为此，他们使用了为电子和光子光谱显微镜开发的新一代扫描隧道电子显微镜 (STEM)，它可以以超高能量和空间分辨率探测物质的光学特性。 该仪器（一种改进的 NION Hermes 200，称为“Chromatem”）用单色仪过滤 60 keV 电子束，产生能量分辨率在 7 到 10 meV 之间的电子束。
倾斜技术
通过在样品上扫描电子束，Kociak、Kothleitner 和同事收集了揭示 MgO 纳米立方体形状的高角度环形暗场图像。 然后，他们以不同角度倾斜样品，以不同方向对立方体成像，并在每个扫描位置记录 EELS 光谱。 最后，他们使用图像重建技术生成晶体周围区域的 3D 图像。
表面声子极化子促进传热
他们在中描述的新方法 科学，最终将使瞄准晶体上的特定点并测量它们之间的局部热传递成为可能。 由于许多纳米物体在热传递过程中会吸收红外线，因此该技术还应该提供此类传递的 3D 图像。 研究人员说：“这是优化纳米电子学中使用的越来越小的组件的散热的一种探索途径。”
该团队现在计划将其技术应用于研究更复杂的纳米结构。 然而，Kociak 告诉 物理世界 在这成为可能之前，“一些理论方面仍然需要更好地理解”。
来源：https://physicsworld.com/a/surface-electromagnetic-fields-mapped-in-3d-at-the-nanoscale/
