研究人员将蓝光引入纳米级显微镜

布朗大学的研究人员率先引入了一种新的显微镜技术，从而在半导体和其他重要的纳米级材料的研究中开辟了一个新的可能性领域，这些材料有助于为手机和笔记本电脑等设备供电使用蓝光测量这些材料中的电子。

这些发现是纳米级成像领域的首创，并为一个长期存在的问题提供了解决方法，该问题极大地限制了对各种材料中关键现象的研究，这些材料有朝一日可能会导致更节能的半导体和电子产品。该作品发表在《Light: Science & Applications》上。

“如今，人们对使用光学技术研究具有纳米级分辨率的材料很感兴趣，”布朗工程学院教授、描述这项工作的论文作者丹尼尔·米特曼 (Daniel Mittleman) 说。“随着波长变短，这变得更难实施。结果，直到现在还没有人用蓝光做过。”

通常，当研究人员使用光学器件(如激光)来研究纳米级材料时，通常使用的是发出长波长的光，例如红光或红外线。研究人员在研究中研究的方法称为散射型扫描近场显微镜 (s-SNOM)。它涉及从只有几十纳米宽的尖锐尖端散射光。此提示悬停在要成像的样品材料上方。当用光学光照亮该样品时，光会散射，并且该散射光的一部分包含有关针尖正下方样品纳米级区域的信息。研究人员分析散射辐射以提取有关这种少量材料的信息。

该技术一直是许多进步的基础，但在使用波长短得多的光(如蓝光)时却遇到了瓶颈。这意味着自 1990 年代以来，使用蓝光更适合研究红光无法研究的某些材料，或使用蓝光从已经充分研究过的半导体中获得新见解，但长期以来一直遥不可及。发明。

在这项新研究中，来自布朗大学的研究人员介绍了他们如何绕过这个障碍来执行据信是有史以来第一次使用蓝光而不是红光的 s-SNOM 实验演示。在实验中，研究人员使用蓝光从硅样品中获取无法使用红光获取的测量值。这些测量提供了关于使用较短波长研究纳米级材料的有价值的概念验证。

“我们能够将这些新测量结果与人们可能期望从硅中看到的结果进行比较，并且匹配非常好，”Mittleman 说。“它证实了我们的测量有效，并且我们了解如何解释结果。现在我们可以开始以前所未有的方式研究所有这些材料。”

为了进行实验，研究人员必须发挥创造力。从本质上讲，他们决定通过让事情变得更复杂来让事情变得更简单。例如，对于典型的技术，蓝光很难使用，因为它的波长很短，这意味着将它聚焦在金属尖端附近的正确位置以进行测量更具挑战性。而对于红光，这种聚焦条件更宽松，更容易对准光学元件以有效提取散射光。

考虑到这些挑战，研究人员不仅使用蓝光照亮样品，使光发生散射，而且还从样品中产生一阵太赫兹辐射。这种辐射携带着关于样品电气特性的重要信息。虽然该解决方案增加了一个额外的步骤并增加了他们必须分析的数据量，但它使他们不必在如何将针尖对准样品时那么精确，因为太赫兹辐射的波长要长得多因此更容易对齐。

“它仍然必须非常接近，但不必非常接近，”米特曼说。“当你用光照射它时，你仍然能够获得太赫兹的信息。”

研究人员很高兴看到接下来会出现什么新信息和他们的方法导致的发现，从而更好地了解用于生产蓝色 LED 技术的半导体。Mittleman 目前正在制定使用蓝光分析研究人员以前无法分析的材料的计划。

这项工作由物理学博士 Angela Pizzuto 领导。去年通过博士答辩并将于 5 月毕业的学生。与 Mittleman 一起，Pingchuan Ma 博士。布朗工程学院的学生也为这项研究做出了贡献。