Os pesquisadores da Brown University demonstraram uma maneira de trazer uma forma poderosa de espectroscopia - uma técnica usada para estudar uma ampla variedade de materiais - para o nanomundo.

A microscopia de emissão de laser terahertz (LTEM) é um meio emergente de caracterizar o desempenho das células solares, circuitos integrados e outros sistemas e materiais. Pulsos de laser iluminando um material de amostra causam a emissão de radiação terahertz, que carrega informações importantes sobre as propriedades elétricas da amostra.

"Esta é uma ferramenta bem conhecida para estudar essencialmente qualquer material que absorva luz, mas nunca foi possível usá-lo em nanoescala, "disse Daniel Mittleman, professor na Escola de Engenharia de Brown e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho. "Nosso trabalho melhorou a resolução da técnica para que ela possa ser usada para caracterizar nanoestruturas individuais."

Tipicamente, As medições LTEM são realizadas com resolução de algumas dezenas de mícrons, mas esta nova técnica permite medições até uma resolução de 20 nanômetros, aproximadamente 1, 000 vezes a resolução anteriormente possível usando técnicas LTEM tradicionais.

A pesquisa, publicado no jornal ACS Photonics , foi liderado por Pernille Klarskov, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Mittleman, com Hyewon Kim e Vicki Colvin do Departamento de Química de Brown.

Para sua pesquisa, a equipe adaptou para a radiação terahertz uma técnica já utilizada para melhorar a resolução dos microscópios infravermelhos. A técnica usa um pino de metal, afilado para uma ponta afiada com apenas algumas dezenas de nanômetros de diâmetro, que paira logo acima de uma amostra a ser trabalhada. Quando a amostra é iluminada, uma pequena porção da luz é capturada diretamente abaixo da ponta, que permite resolução de imagem aproximadamente igual ao tamanho da ponta. Movendo a ponta, é possível criar imagens de resolução ultra-alta de uma amostra inteira.

Klarskov conseguiu mostrar que a mesma técnica também poderia ser usada para aumentar a resolução da emissão de terahertz. Para seu estudo, ela e seus colegas foram capazes de criar imagens de um nanobastão de ouro individual com resolução de 20 nanômetros usando emissão terahertz.

Os pesquisadores acreditam que sua nova técnica pode ser amplamente útil na caracterização das propriedades elétricas de materiais em detalhes sem precedentes.

"A emissão de terahertz foi usada para estudar muitos materiais diferentes - semicondutores, supercondutores, isoladores de folga de banda larga, circuitos integrados e outros, "Mittleman disse." Ser capaz de fazer isso até o nível de nanoestruturas individuais é um grande negócio. "

Um exemplo de área de pesquisa que poderia se beneficiar com a técnica, Mittleman diz, é a caracterização de células solares de perovskita, uma tecnologia solar emergente amplamente estudada pelos colegas de Mittleman na Brown.

"Um dos problemas com as perovskitas é que elas são feitas de grãos multicristalinos, e os limites dos grãos são o que limita o transporte de carga através de uma célula, "Mittleman disse." Com a resolução que podemos alcançar, podemos mapear cada grão para ver se diferentes arranjos ou orientações têm influência na mobilidade de carga, o que pode ajudar a otimizar as células. "

Esse é um exemplo de onde isso pode ser útil, Mittleman disse, mas certamente não se limita a isso.

"Isso poderia ter aplicações bastante amplas, " ele notou.