Pirmasis šviesolaidinis nanodalelių elektronų pistoletas leidžia lengviau vaizduoti ir aptikti nanometrinę skalę.

Šviesa sklinda per pluoštus ir stimuliuoja nanovamzdyje esančius metalinius elektronus į bendrą virpesį, žinomą kaip paviršiaus plazmonai, padedantys elektronams išeiti iš viršūnės. Šis įprastas elektronų ginklas gali būti naudojamas įvairesnėms paskirtims, naudojant skirtingas medžiagos sudėties ir struktūros formas. Kreditas: Ali Passian / ORNL, JAV energetikos departamentas.

Energetikos departamento Oak Ridge nacionalinės laboratorijos ir Nebraskos universiteto mokslininkai sukūrė paprastesnį būdą generuoti elektronus nanodalelių vaizdavimui ir jutimui – naudingą naują įrankį vaizdinių medžiagų mokslui. Biologiniai ir pagrindiniai kvantiniai tyrimai

Paskelbtame tyrime Naujas fizikos žurnalasMokslininkai praneša, kad šaudant intensyviais lazerio impulsais per optinio pluošto nanotipus, antgalis išlaisvina elektronus ir sukuria Greitas „elektroninis ginklas“, kurį galima naudoti medžiagoms tirti. Šis prietaisas leidžia tyrėjams greitai ištirti paviršių iš visų kampų, o tai turi reikšmingą pranašumą prieš mažiau mobilias technikas.

„Tai veikia fotofobijos principu, todėl šviesa teisingai patenka į metalų elektronus ir juos sužadina, kad jie gautų pakankamai energijos išeiti“, – sakė Ali Passianas iš ORNL „Quantum Information Science“ grupės.

Elektronai yra neįkainojamos priemonės, leidžiančios atidžiai pažvelgti į medžiagų paviršiaus savybes. Subatominės subatominės dalelės, kurių bangos ilgis trumpesnis nei fotonų, yra šviesos dalelės, gebančios sustiprinti objektus nanometro skalėje arba viena milijardo metro raiška, didesnė skiriamoji geba nei eksponentinis padidinimas.

Nuo 2000-ųjų vidurio mokslininkai, naudodami aštrius nanovarželius, skleidė elektronus griežtai sufokusuotame pluošte. Nanotipas suteikia geresnę erdvinę ir laiko skiriamąją gebą, palyginti su kitomis nuskaitymo elektronų mikroskopijos technikomis, leidžiančias tyrėjams geriau sekti vykstančią sąveiką nanometrinėje skalėje. Taikant šias technikas, elektronai išsiskiria, kai fotonas yra stimuliuojamas pabaigoje.

Tačiau prieš šį tyrimą nanotipų emisijos metodas buvo pagrįstas išorine šviesos stimuliacija. Norėdami pagaminti elektronus, mokslininkai lazerio spindulį atsargiai išlygino ant nanovariklio galo.

„Anksčiau lazeriai turėjo sekti gudrybę, kurią techniškai padaryti buvo daug sunkiau“, – sakė Hermanas Batelaanas, tyrimo bendraautorius, vadovavęs Nebraskos universiteto elektronų valdymo tyrimams. Darbo sunkumas riboja tai, kaip greitai ir iš kur fotografuoti.

Tačiau Passianui kilo mintis apie kitokį požiūrį. Šaudydamas lazeriu per lanksčią skaidulą, kad iš vidaus sužibėtų metalu padengtas nanovarpas, jis prognozuoja, kad gali pagaminti įrankius, kuriuos būtų lengviau judėti.

„Idėja yra ta, kad kadangi tai yra paprasta ir yra – šviesa sklinda iš vidaus, galite ištirti skirtingas medžiagos dalis skirtingais aukščiais ir šoninėmis padėtimis“, – sakė Passianas.

Norėdami sužinoti, ar jo idėjos buvo įmanomos, Passianas bendradarbiavo su „Batelaan“, o paskui Samu Keramati, Nebraskos universiteto magistrantu, Nebraskos komanda naudojo femtosekundinį lazerį, kad per optinį pluoštą ir į jį paleistų trumpą, intensyvų spektrą. Vakuuminėje kameroje Šiame kambaryje šviesa keliauja per auksuotą nanodalelių pluoštą, pagamintą ORNL.

Komanda stebėjo kontroliuojamą elektronų emisiją iš nanovamzdelių. Remdamiesi savo duomenų analize, jie pasiūlė, kad mechanizmas, kuriuo išmetama teršalų, nėra lengvas. Bet įskaitant daugelį veiksnių

Vienas iš veiksnių yra nanovamzdžio forma ir metalinė danga, sukurianti elektrinį lauką, kuris nustumia elektronus nuo galo. Kitas veiksnys yra elektrinis laukas nanotipo gale. Tai gali padidinti tam tikras lazerio šviesos bangos ilgis.

„Moduliuodami femtosekundinį lazerį teisingam bangos ilgiui, kurį mes vadiname paviršiaus rezonanso bangos ilgiu, mes nustatėme, kad viršijome emisijos ribą“, – sakė Keramati. Paviršius reiškia elektronų tarpusavio virpesius metalo paviršiuje. Viršutinė srovė atsiranda tada, kai elektronas sugeria tiek energijos iš fotono, kad būtų sušaudyta pradine kinetine energija.

Siekdama nustatyti, ar elektronai išsiskiria dėl šviesos, o ne dėl šilumos, komanda patys tyrė nanodalelę. Eksperimento metu gudrybė nebuvo pažeista, ir tai parodė, kad išmetimo mechanizmą veikia šviesa.

Papildomas jų nustatytos technikos privalumas yra greitas lazerio šviesos šaltinio perjungimo pajėgumas, leidžiantis valdyti elektronų spinduliavimą greičiu, viršijančiu vieną nanosekundę. Tai leis jiems geriau užfiksuoti vaizdus didesniu greičiu. Tada vaizdus galima sujungti, beveik kaip filmą, kad būtų galima atsekti sudėtingą sąveiką nanometrinėje skalėje.

Maitinimo išjungimas

Sveikiname atlikus pradinius atradimus, komanda nusprendė išbandyti, ar jie galėtų pasiekti panašių rezultatų naudodami žymiai mažiau efektyvius ištisinės bangos lazerius, to paties tipo, esančio rodyklėse. Kasdieninis lazeris Norėdami kompensuoti lazerio energijos trūkumą, jie padidino įtampą nanodalelėje, sukeldami energijos potencialo skirtumą, kuris, jų manymu, gali padėti išstumti elektronus.

„Remiantis mūsų žiniomis, tai mažiausias lazerio intensyvumas, sukeliantis elektronų emisiją iš nanodalelių“, – sakė Keramati, podoktorantė, remdamasi tyrime paskelbtomis išvadomis. Taikomosios fizikos laiškai.

„Dabar užuot naudoję labai galingą ir brangų lazerį, galite naudoti 10 USD kainuojantį diodinį lazerį“, – sakė A. Batelaanas.

Nors ištisinės bangos lazeriai neturi greito perjungimo galimybių, kaip efektyvesni femtosekundiniai lazeriai. Tačiau lėtas perjungimas turi savų privalumų. Kitaip tariant, galimybės geriau kontroliuoti nanotipo skleidžiamų elektronų trukmę ir skaičių.

Komanda parodė, kad valdymas lėtai perjungiant įgalina elektronų emisiją tose ribose, kurios reikalingos būsimoms programoms, žinomoms kaip elektronų vaiduoklių vaizdavimas, neseniai parodytas šviesos vaiduoklio vaizdas. Pasinaudokite šviesai jautrių mėginių, pvz., Gyvų biologinių ląstelių, kurių ekspozicija yra labai maža, šviesos kvantinėmis savybėmis.

Komanda tikisi pasiekti nanomasto elektronų-vaiduoklių vaizdą, sujungiant kelis nanopluoštus.

kreiptis:

„Paviršiaus plazmonas greitai padidina elektroninių medžiagų emisiją iš metalinių pluoštų optinių nanodalelių“, kurią pateikė 2020 m. Rugpjūčio 24 d. Sam Keramati, Ali Passian, Vineet Khullar, Joshua Beck, Cornelis Uiterwaal ir Herman Batelaan. Naujas fizikos žurnalas.
DOI: 10.1088 / 1367-2630 / aba85b

S.Keramati, A. Passian, V. Khullar ir H. Batelaan „Fotolauko emisija iš optinio pluošto nanovarželių“, 2020 m. Rugpjūčio 10 d., Galima rasti čia. Taikomosios fizikos laiškai.
DOI: 10.1063 / 5.0014873

Pradinius šio darbo tyrimus rėmė ORNL laboratorijų tyrimų ir plėtros fondų fondai. Nebraskos universiteto tyrimus finansavo UNL bendradarbiavimo iniciatyva ir Nacionalinis mokslo fondas, apdovanojimų numeriais EPS-1430519 ir PHY. -1912504

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Eksperimentas atskleidžia naujas sinchroninių šviesos šaltinių galimybes.

Iliustracija, rodanti, kaip elektronų moduliacija lazeriu buvo panaudota kuriant lazerio šviesą skleidžiančias mikrobangas. Kreditas: Tsinghua universitetas. Tarptautinė komanda, atlikdama jaudinančius eksperimentus, parodė, kaip įvairios yra...

Kaip sumažinti kūno temperatūrą, gali padėti 10% pacientų, kuriems skiriamas didelis dėmesys

Šiame brėžinyje aprašytas tepalas (oranžinis ir geltonas), kuris yra molekulinis sluoksnis oro sąsajoje ir kvėpavimui reikalingas skystis plaučiuose. Naujausi tyrimai parodė, kad terminio...

Apšviesti saulės banguoti langai gamina energiją iš vidaus

Ryžių universiteto inžinieriai sukūrė ir pastatė langus, kurie saulės šviesą ar apšvietimą iš vidaus paverčia periferinėmis kraujo ląstelėmis. Centrinis sluoksnis yra kompozicinis polimeras,...

Egipto mumijos mumijos „Purvo karapasas“ neregėtas gydymas – neteisingo pateikimo atvejis

Kiekvienas mumifikuotas ir uždarytas Sidnėjaus universiteto Chau Chak Wing muziejaus Nicholson kolekcijoje. A. Mumifikuotas asmuo, dabar saugojimui dėvintis rankas, BMR. 27.3. B....

COVID-19 aptikimas ant jūsų odos

Misūrio universiteto inžinieriai skatina bioelektronikos rinką, kurdami plataus masto pasirinktinio įrenginio planą, kuris vienu metu gali stebėti daugybę gyvybiškai svarbių požymių, tokių kaip kraujospūdis,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.