来源:Phys.org;电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 江磊 编译
阿尔伯塔大学的博士生,太赫兹频段上关于开创性显微镜的新论文的主要作者。
来源:阿尔伯塔大学的约翰•乌兰。
科学家有史以来第一次捕获了在原子尺度上半导体表面的太赫兹电动力学的图像。成功的实验预示一个光明的未来,这种新的和快速增长的分支学科称为太赫兹扫描隧道显微镜(THz-STM),它是由加拿大阿尔伯塔大学开创的。太赫兹扫描隧道显微镜允许研究人员在极快的时间尺度上对电子行为成像,并探索不同原子之间的行为变化。
阿尔伯塔大学博士生以及该项新研究的主要作者Vedran Jelic说,“我们可以基本上放大并观察在原子精度和超快时间尺度上的极快的过程”,“太赫兹扫描隧道显微镜为我们提供了一个进入纳米世界的新窗口,使我们能够探索原子尺度上的超快过程。我们说的是皮秒,或百万平方分之一秒,这是以前从未做过的事情。”
Jelic和他的合作者使用他们的扫描隧道显微镜(STM)来捕获硅原子的图像,通过光栅扫描非常尖锐的尖端穿过表面并记录尖端高度,因为它遵循表面的原子波纹。虽然原始的扫描隧道显微镜可以测量和操纵单原子,为其创作者在1986年获得了诺贝尔奖,它使用有线电子学来实现,并且最终在速度和时间分辨率上受到限制。
现代激光器可以产生非常短的光脉冲,其可以测量整个范围的超快速过程,但通常在由几百纳米的光的波长限制的长度尺度上。许多工作已经被花费在克服将超快激光器与超小型显微镜组合的挑战上。艾伯塔大学科学家通过在允许无线实现的电磁频谱的独特太赫兹频率范围内工作,解决了这些挑战。通常扫描隧道显微镜需要施加电压来操作,但Jelic和他的合作者能够使用光脉冲驱动他们的显微镜。这些脉冲发生在真正快的时间尺度上,这意味着显微镜能够看到真正快速的事件。
通过将太赫兹扫描隧道显微镜结合到超高真空室中,由于没有任何外部污染或振动,它们能够精确地定位它们的尖端并保持完全清洁的表面,同时对表面上的原子的超快动力学成像。他们的下一步是与同行的材料科学家合作,并在纳米尺度上形成各种新的表面,这可能有一天会革新当前从太阳能电池到计算机处理技术的速度和效率。
Jelic总结说:“太赫兹扫描隧道显微镜正在为物理学中一个尚未开发的领域打开大门。”Jelic正在阿尔伯塔大学Frank Hegmann教授的Ultrafast Nanotools实验室中学习,Frank Hegmann教授是世界超快速太赫兹科学和纳米物理学专家。
他们的发现,“超快太赫兹控制隧道电流在硅表面通过单原子,”出现在自然物理2月20日刊。