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原子力显微镜和非线性光学相结合改进光学缺陷检测

发布时间: 2020-08-10 10:52:27   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

一种检测光学材料中纳米缺陷的技术可以改进从手机到太阳能电池的探测技术。由麦克吉尔大学(McGill University)研究团队开发的这项技术使用原子力显微镜(AFM)来更好地理解和控制光学材料中的缺陷。 这些纳米光学缺陷很难识别和表征。

麦克吉尔团队将非线性光学方法与AFM相结合,检测光与物质相互作用时产生的超快力。利用原子力显微镜,研究人员测量了介质中由光诱导的电子运动产生的静电力。 他们观察到由样品中二阶非线性光学相互作用引起的在亚-15纳米尺度和100-飞秒(Fs)时间分辨率上力的变化。时间分辨率由光脉冲特性(而不是力传感器的特性)决定。

研究人员Zeno Schumacher说:“为了理解和改进材料,科学家通常使用比100飞秒更快的光脉冲来探索反应发生的速度,并确定反应过程中最慢的步骤。 光脉冲的电场每隔几个飞秒振荡一次,就会推动和拉动构成物质的原子大小的电荷和离子。这些带电体在这些力下移动或极化,正是这种运动决定了材料的光学性质。”

该团队表明,在广泛的材料中,可以用子飞秒(fs)精度和纳米(nm)空间分辨率来检测两个延迟光脉冲产生的力。研究人员在绝缘非线性光学材料(LiNbO3)和纳米薄的二硒化钼(MoSe2)半导体薄片上演示了他们的技术,二硒化钼(MoSe2)是一种用于光学和扫描探针显微镜的无机化合物。

研究人员相信他们的技术可用于纳米(nm)结构与光诱导的时间分辨动力学的相关性。“我们的新技术适用于任何材料,如金属、半导体和绝缘体,”Peter Grutter教授说。“它将使人们能够利用高空间和时间分辨率来研究、理解和最终控制光伏材料中的缺陷。最终,它应该帮助我们改进太阳能电池和广泛技术中使用的光学探测器。”

本研究发表在Proceedings of the National Academy of Sciences (www.doi.org/10.1073/pnas.2003945117) 

 

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