Российские исследователи разработали новый метод анализа наноструктур. Он расширяет возможности современных атомно-силовых микроскопов и позволяет изучать материалы на уровне отдельных нанометров. Эта технология открывает двери для создания новых материалов с заданными свойствами на атомарном уровне. Такие методы особенно актуальны для разработки электроники будущего. Например, они могут использоваться для создания микроскопических датчиков и молекулярных роботов.
Новый сверхточный спектральный оптический метод анализа материалов разработали учёные из Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН. Такая точность необходима для создания миниатюрных устройств и технологий. Например, она нужна в молекулярной робототехнике для точной доставки лекарств в организме, в датчиках-«пылинках» для мониторинга объектов и незаметного наблюдения, а также в дронах-насекомых, способных исследовать пространства и поверхности, недоступные для человека.
Один из методов изучения наноструктур — спектроскопия комбинационного рассеяния света. Она заключается в анализе спектра лазерного излучения, отраженного от исследуемой структуры. Это излучение, как отпечатки пальцев, содержит всю информацию — от состава вещества и примесей до различных дефектов, деформаций и напряжений.
Атомно-силовые микроскопы работают следующим образом: колеблющийся зонд, игла с острием всего 50 нанометров, приближается к материалу. Когда игла встречает силу взаимодействия с поверхностью, это влияет на частоту и фазу колебания зонда. Анализируя эти данные, можно детально воссоздать рельеф материала и его свойства.
Чтобы определять ещё и спектральные характеристики материала (например, химический состав в каждой точке), мы наносим на зонд серебро, золото или платину таким образом, чтобы на его острие сформировался один кластер металла размером около 100 нм. Под ним в малой области формируется сильное электрическое поле. С другой стороны, в качестве подложки для исследуемых структур мы использовали массивы золотых нанодисков.
По его словам, когда металлизированный зонд приближается к золотым нанодискам, между ними возникает горячая точка — плазмон. Это область с высокой интенсивностью электромагнитного поля.
Когда энергия «щелевого» плазмона совпадает с энергией возбуждения в материале, рассеяние света значительно усиливается. Это позволяет получать более точные данные. Исследователи стремились создать условия для такого эффекта. В итоге они добились усиления сигнала в 100 тысяч раз с пространственным разрешением 2 нанометра.
Читайте ещё материалы по теме:
Нос как дорога в мозг: учёные нашли новый способ доставки лекарств
ЛЭТИ открыл лабораторию нейроморфных компьютеров: энергоэффективность в 1000 раз выше
Технологию получения полезных наноматериалов из токсичных отходов создали в Новосибирске
