Ya sea para microscopía, almacenamiento de datos o tecnología de sensores, muchas aplicaciones tecnológicas avanzadas que requieren funciones específicas se basan en la estructura del campo electromagnético cerca de las superficies de los materiales. En los nanosistemas, los llamados fonones de superficie, es decir, distorsiones temporales de la red atómica, contribuyen decisivamente a las propiedades físicas y termodinámicas.
Si los fonones de superficie pudieran manipularse específicamente, sería posible lograr una mejor conducción térmica o transferencia de calor entre dos componentes con nano superficies. Esto podría usarse, por ejemplo, en detectores, sensores o en sistemas de enfriamiento pasivo altamente eficientes. Además, los fonones de superficie concentran la energía electromagnética espectralmente en el rango del infrarrojo lejano. Esto allana el camino para lentes de superresolución, espectroscopía vibratoria mejorada u otras aplicaciones fascinantes.
Campos electromagnéticos en las proximidades de nanoestructuras
A pesar de su enorme potencial, esta área de la física del estado sólido todavía está poco explorada. Para el desarrollo de nuevas nanotecnologías, estos campos deben primero hacerse visibles en la escala nanométrica. "La visualización de estos campos locales es el punto de partida para un análisis más profundo.comprensión de los fundamentos y para un mejor diseño de nanoestructuras ", atestigua Gerald Kothleitner, director del Instituto de Microscopía Electrónica y Nanoanálisis de TU Graz." Los microscopios electrónicos lo suficientemente potentes como para registrar la energía relativamente baja de los fonones se desarrollaron hace solo unos años. Hasta la fecha, sin embargo, solo se pueden medir de manera inadecuada, en el mejor de los casos en dos dimensiones ".
Primera imagen 3D de fonones de superficie
Junto con el Laboratoire de Physique des Solides LPS francés Orsay, Gerald Kothleitner, su colega de instituto Georg Haberfehlner y Ulrich Hohenester del Instituto de Física de la Universidad de Graz han logrado por primera vez obtener imágenes de fonones de superficie en tresdimensiones. Los resultados se han publicado en ciencia diario.
Kothleitner, autor correspondiente del estudio: "Excitamos estas vibraciones reticulares con un haz de electrones, las medimos con métodos espectroscópicos especiales y luego las reconstruimos tomográficamente. Como resultado, los campos de luz infrarroja generados por los fonones de superficie deun nanocubo de óxido de magnesio se hizo visible en tres dimensiones por primera vez, y la distribución espacial fue discernible. En particular, esto también nos permitió obtener imágenes de los sitios con altas mejoras de campo y las fuertes interacciones resultantes de ciertos fonones con el medio ambiente ".
El desarrollo de la metodología y la implementación de la nueva reconstrucción tomográfica se llevaron a cabo bajo el liderazgo de la Universidad de Graz. Ulrich Hohenester establece un paralelismo entre la imagen familiar de rayos X y el proceso de tomografía computarizada: "Una reconstrucción 3D de laEl objeto se puede crear a partir de muchas proyecciones compuestas en 2D ". En lugar del haz de rayos X, los físicos utilizaron un haz de electrones, que interactúa con campos de luz infrarroja en lugar de huesos y tejidos". Como en un violín o una guitarra ", Hohenesterexplica, "las vibraciones en la superficie del nanocubo se descomponen en una serie de resonancias. Estos modos se eligen luego para obtener la mejor concordancia posible con los datos experimentales".
Técnicas de imagen microscópica electrónica como factor de éxito
La primera evaluación integral y representación 3D de campos electromagnéticos es un éxito que se puede atribuir a la estrecha cooperación de TU Graz y la Universidad de Graz en el marco de "NAWI Graz". Un microscopio electrónico de transmisión de barrido de última generación STEM se utilizó para medir estas interacciones radiación-materia a escala nanométrica. Solo hay un puñado de microscopios de este tipo en el mundo que lo permiten y uno de ellos está en Orsay.
El concepto de imagen 3D de fonones fue desarrollado por Gerald Kothleitner en colaboración con Orsay durante la planificación del proyecto para un proyecto paneuropeo llamado ESTEEM 3: un proyecto en el que, entre otras cosas, se están desarrollando nuevas técnicas de microscopía electrónica.campo de la espectroscopia aplicada de pérdida de energía de electrones y la tomografía electrónica, los investigadores de TU Graz se encuentran entre los principales grupos de trabajo del mundo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Graz . Original escrito por Susanne Eigner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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