Elektron serat optik pertama memungkinkan pencitraan dan penginderaan skala nano yang lebih sederhana

Cahaya bergerak melalui serat dan menstimulasi elektron metalik dalam tipe nano dalam osilasi kolektif yang disebut plasmon permukaan, membantu elektron meninggalkan ujungnya. Senapan nano elektron sederhana ini dapat dibuat lebih serbaguna melalui berbagai komposisi dan struktur material. Kredit: Ali Pasian / ORNL, Departemen Energi AS

Para ilmuwan di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Departemen Energi dan Universitas Nebraska telah menciptakan cara mudah untuk menghasilkan elektronik untuk pencitraan dan penginderaan skala nano, menyediakan alat baru yang berguna untuk penelitian ilmiah, biomisasi, dan dasar kuantum.

Dalam studi yang diterbitkan Jurnal Baru FisikaPara peneliti mengatakan bahwa pancaran sinar laser yang intens melalui serat optik nanotipe menyebabkan ujungnya memancarkan elektron dan menciptakan “senjata elektron” cepat yang dapat digunakan untuk menyelidiki bahan. Perangkat ini memungkinkan para peneliti untuk menguji permukaan dengan cepat dari sudut mana pun, yang menawarkan keuntungan besar dibandingkan teknologi yang kurang mobile.

Ali Pasian dari Kelompok Ilmu Informasi Kuantum ORNL mengatakan, “Ia bekerja berdasarkan prinsip aktivasi cahaya, sehingga cahaya masuk dan menstimulasi elektron dalam logam dengan benar sehingga melepaskan energi yang cukup,” kata Ali Pasian dari Kelompok Ilmu Informasi Kuantum ONNL.

Elektron adalah alat yang sangat berharga untuk melacak sifat permukaan material. Partikel subtomik dengan panjang gelombang yang lebih pendek daripada foton dapat meningkatkan volume objek dalam nanometer atau sepermiliar meter – jauh lebih tinggi dari ukuran cahaya.

Sejak pertengahan 2000-an, para peneliti telah menggunakan nanotipe tajam untuk memancarkan elektron pada sinar terfokus. Nanotipe memberikan resolusi spasial dan temporal yang lebih baik dibandingkan dengan teknik mikroskop elektron pemindaian lainnya, membantu para peneliti melacak interaksi yang sedang berlangsung dengan lebih baik pada skala nano. Dalam teknik ini, elektron dipancarkan saat foton merangsang ujungnya.

Sebelum studi ini, bagaimanapun, metode emisi tipe nano bergantung pada stimulasi cahaya eksternal. Untuk membuat elektron, para peneliti harus dengan hati-hati menyelaraskan sinar laser di bagian atas nanotipe.

“Sebelumnya, laser harus melacak tip, yang secara teknis membutuhkan banyak kerja keras,” kata Herman Batelan, asisten peneliti yang dipimpin oleh Riset Kontrol Elektron di Universitas Nebraska. Kesulitan tugas terbatas pada bagaimana gambar dapat diambil dan dari posisi mana.

Orang Pasians, bagaimanapun, memiliki ide untuk pendekatan yang berbeda. Dengan memproyeksikan sinar laser melalui serat optik fleksibel untuk menerangi benang nano, nanotipe berlapis metalik dari dalam, dia meramalkan bahwa dia akan mampu menciptakan peralatan yang lebih mudah dinavigasi.

“Idenya adalah bahwa itu sederhana dan termasuk – cahaya menyebar dari dalam – Anda dapat mencari bagian material yang berbeda pada ketinggian dan lokasi lateral yang berbeda,” kata Pasian.

Dia bekerja sama dengan Pasian Batelan dan kemudian Sam Keramati, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Nebraska, untuk mencari tahu apakah idenya mungkin. Tim Nebraska menggunakan laser femtosecond untuk menembak melalui serat optik dan pulsa pendek dan tajam ke dalam ruang vakum. Di dalam ruangan, cahaya dipindahkan melalui serat nano serat berlapis emas yang dibuat dalam ORNL.

Tim benar-benar mengamati emisi elektronik yang dikendalikan dari nanotipe. Menganalisis data, mereka menyarankan bahwa metode pengaktifan emisi tidak sederhana, melainkan kombinasi komponen yang terkait dengannya.

Salah satu faktornya adalah ukuran nanotipe dan lapisan logam menciptakan medan listrik yang membantu mendorong elektron keluar dari ujungnya. Poin lain adalah bahwa medan listrik di bagian atas nanotipe ini dapat diperkuat oleh panjang gelombang sinar laser tertentu.

“Laser femtosecond disetel ke panjang gelombang yang benar, yang kami sebut panjang gelombang resonansi dari permukaan plasmon, kami menemukan bahwa kami menaikkan emisi marginal,” kata Keramati. Resonansi plasma permukaan mencirikan osilasi gabungan elektron pada permukaan logam. Emisi di atas ekstremitas terjadi ketika elektron dengan energi kinetik yang cukup menerima energi yang cukup dari foton

Untuk memverifikasi bahwa elektron dipancarkan karena cahaya dan panas, tim mempelajari nanotipe itu sendiri. Tidak ada kerusakan pada tip selama pengujian, yang menunjukkan bahwa proses emisi sebenarnya digerakkan dengan cahaya.

Mereka menemukan bahwa keuntungan tambahan dari teknik baru ini adalah bahwa daya peralihan yang cepat dari sumber laser memungkinkan mereka untuk mengontrol emisi elektronik dengan kecepatan yang lebih cepat daripada nanodetik. Ini akan memberi mereka cara yang lebih baik untuk menangkap gambar dengan kecepatan yang lebih cepat. Gambar semacam itu kemudian dapat dibuat bersama hampir seperti film untuk melacak interaksi kompleks pada skala nano.

Matikan

Puas dengan penyelidikan awal ini, tim memutuskan bahwa jika mereka dapat mencapai hasil yang sama dengan laser gelombang kontinu yang sangat rendah, jenis yang sama dapat ditemukan di laser pointer sehari-hari. Untuk mengkompensasi kekurangan daya laser, mereka menurunkan tegangan pada nanotipe, membuat perbedaan potensial dalam energi yang mereka yakini dapat membantu mengeluarkan elektron. Yang mengejutkan mereka, itu berhasil.

“Sejauh pengetahuan kami, ini adalah intensitas laser paling fleksibel yang meningkatkan emisi elektron dari nanotipe,” kata Keramati, sekarang peneliti postdoctoral. Surat Fisika Terapan.

“Sekarang Anda dapat menggunakan, 10 laser dioda sebagai pengganti laser yang kuat dan sangat mahal,” kata Batelan.

Meskipun laser gelombang kontinu tidak memiliki kemampuan peralihan cepat seperti laser femtosekon yang lebih kuat, peralihan lambat memiliki kelebihannya sendiri; Yakni, kemungkinan lebih mengontrol durasi dan jumlah elektron yang dipancarkan oleh nanotipe.

Tim tersebut sebenarnya telah menunjukkan bahwa kontrol yang disediakan oleh pengalihan lambat memungkinkan emisi elektronik dalam batas yang diperlukan untuk pencitraan bayangan elektron untuk aplikasi elektronik di masa mendatang. Pencitraan hantu cahaya yang baru-baru ini didemonstrasikan menekankan sifat kuantum cahaya dengan memantulkan spesimen yang sensitif terhadap gambar, seperti sel biologis hidup, pada eksposur yang sangat rendah.

Dengan menggabungkan beberapa nanotipe serat bersama-sama, tim berharap untuk mencapai pencitraan hantu elektron pada skala nano.

Referensi:

Sam Keramati, Ali Pasian, Vineet Khullar, Joshua Beck, Cornelius Utiwal dan Hermann Batelan, “Pada 24 Agustus 2020,” Surface Plasma meningkatkan emisi elektronik yang cepat dari nanotipe serat optik metalik Jurnal Baru Fisika.
DOI: 10.1088 / 1367-2630 / Abba 85b

S. Keajaiban, a. Pasian, V. Khullar dan H. “Emisi elektron medan foto dari nanotipe serat optik” oleh Batelan, 10 Agustus 2020 Surat Fisika Terapan.
DOI: 10.1063 / 5.0014873

Penelitian pendahuluan untuk pekerjaan ini didukung oleh program penelitian dan pengembangan yang dijalankan laboratorium ORNL, Seed Money Fund. Penelitian Universitas Nebraska didukung oleh Hibah Wirausaha Mitra UNL dan nomor penghargaan EPS-1430519 dan PHY-1912504 oleh National Science Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.