Apesar do progresso notável na ciência e na tecnologia, os rápidos avanços expuseram limitações em muitos domínios tecnológicos. Um desafio premente em dispositivos semicondutores, que sustentam comunicações de ultra-alta velocidade e inteligência artificial (IA), é o desenvolvimento de dispositivos de alto desempenho com uma estrutura básica de 2 nanômetros (nm).



Nesta escala, estruturas de defeitos de átomo único e pequenas perturbações no comportamento dos elétrons afetam consideravelmente os fenômenos macroscópicos, desempenhando um papel crucial na funcionalidade do dispositivo. Portanto, compreender e controlar fenômenos físicos e químicos de alta velocidade em escala nanométrica é vital para o desenvolvimento de dispositivos de alto desempenho.

A equipe de pesquisa desenvolveu anteriormente um método de microscopia de tunelamento de varredura resolvida no tempo (STM), combinando STM com tecnologia laser, para obter resolução espacial em nanoníveis e resolução temporal de femtossegundos. Este método tem sido fundamental para elucidar várias dinâmicas fotoexcitadas. No entanto, a dependência do STM no fluxo de corrente elétrica entre a sonda e a amostra limita a sua aplicação a materiais condutores.

Em seu estudo, publicado na Applied Physics Express , a equipe desenvolveu um novo sistema AFM resolvido no tempo, melhorando sua operabilidade ao fundir o AFM com sua tecnologia exclusiva de pulso de laser ultracurto. Este desenvolvimento permite a medição da dinâmica de alta velocidade em uma gama mais ampla de materiais, incluindo isoladores, com resolução nanométrica.

Uma abordagem única para neutralizar a expansão térmica da sonda e da amostra devido à irradiação do laser permitiu a aquisição de sinais resolvidos no tempo com uma relação sinal-ruído (SN) excepcionalmente alta. Além disso, a oscilação do laser é controlada eletricamente para melhorar a operabilidade.

A capacidade do AFM de medir uma gama diversificada de objetos posiciona a tecnologia desenvolvida nesta pesquisa para ter aplicações generalizadas, estendendo-se além da pesquisa acadêmica para indústrias, medicina e outros campos. Prevê-se que facilite a descoberta de novos princípios e a génese de novos campos, alargando consideravelmente o âmbito da exploração.

Mais informações: Hiroyuki Mogi et al, Microscopia de força resolvida no tempo usando o método de modulação de atraso-tempo, Applied Physics Express (2023). DOI:10.35848/1882-0786/ad0c04
Fornecido pela Universidade de Tsukuba