Image schématique du schéma de mesure. Crédit :Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Une équipe internationale de chercheurs, dirigé par le Dr Hyunmin Kim du groupe de recherche sur les diagnostics compagnons et la technologie médicale de la DGIST, a développé une technique d'imagerie pour surveiller le mouvement sonore d'une substance atomiquement mince à haute résolution. La technologie pourrait être utilisée dans le développement de nouveaux matériaux, cellules solaires et catalyseurs.
L'équipe de recherche a présenté un système d'imagerie par impulsions de génération de seconde harmonique transitoire (TSHG) qui peut analyser la dynamique ultra-rapide de la lumière interagissant avec le bisulfure de molybdène (MoS2), une structure de stratification d'atomes 2-D typique, à une résolution de 300 nanomètres.
L'équipement existant utilisé pour mesurer les ondes ultrasonores générées par la vibration des électrons ultrarapides et du réseau avait des applications limitées en raison du rapport de bruit par rapport à un signal et une résolution spatiale faibles. L'équipe de recherche a développé un microscope avec une résolution optique améliorée pour une analyse rapide et précise des caractéristiques des matériaux à l'ère de la production en série de matériaux semi-conducteurs 2-D.
La technologie d'imagerie TSHG développée par les chercheurs peut mesurer la génération sonore au niveau de l'unité 1011 Hz (1 Hz vibre une fois par seconde), qui est généré par la réaction d'un réseau et d'un électron déplacé par une impulsion de pompe ayant une longueur d'onde différente, en utilisant la génération d'une longueur d'onde qui est la moitié de la longueur d'onde d'impulsion pro au point où la symétrie est brisée sur une substance cristalline.
Dr Hyunmin Kim du Companion Diagnostics and Medical Technology Research Group dans son laboratoire à la DGIST. Crédit :Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Précédemment, pour mesurer le mouvement ultrarapide des électrons à l'échelle d'une femtoseconde (10 -15 deuxièmement) dans une structure d'unité atomique 2-D ou la génération de sons associés, une onde de pouls dans la pompe-sonde devait être exposée à un matériau. Le changement de l'absorption ou de la réflexion de l'impulsion de sonde générée a été mesuré pour analyse. Cependant, les signaux étaient petits, le temps de mesure a donc dû être allongé et un amplificateur de signal haute performance a dû être utilisé pour augmenter le rapport signal sur bruit. Le laser avait une haute énergie, et pourrait ainsi endommager l'échantillon et conduire à un état détachable des molécules si la taille de focalisation du laser était ajustée à moins d'un micromètre. Il y avait aussi des limites dans l'analyse si la taille de l'échantillon était petite.
Dans cette étude, pour diminuer la taille du foyer laser tout en réduisant les dommages à l'échantillon, Le Dr Kim et son équipe ont réduit de milliers à plusieurs dizaines de milliers la puissance laser utilisée dans un spectroscope à absorption transitoire existant, et appliqué un système de numérisation haute performance pour le visualiser en temps réel.
L'équipe de recherche a augmenté le niveau de pénétration de la substance du laser en utilisant une longueur d'impulsion de rayon proche infrarouge de taille 1,04 comme impulsion de sonde et a localisé la longueur d'impulsion harmonique secondaire sur la section de rayon visible de couleur verte (520 nm). En utilisant cette méthode, ils ont maximisé l'efficacité pour analyser le mouvement des électrons vers la section d'énergie d'ionisation de la bande d'énergie dense de la substance 2-D lorsqu'ils sont combinés avec l'impulsion de pompe.
Microscope optique de cette étude. Crédit :Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Selon l'équipe de recherche, il est prouvé que la nouvelle technologie d'imagerie est utile pour analyser diverses structures atomiques telles que les étoiles hexagonales et triangulaires, en combinant le système d'imagerie d'impulsions de génération de seconde harmonique avec une fonction d'imagerie d'impulsions mixtes à 4 ondes et en l'appliquant à l'analyse structurelle de la stratification du bisulfure de molybdène fabriqué à l'aide de la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
En outre, la technique TSHG devrait contribuer à la recherche sur les matériaux connexes. La recherche peut être appliquée aux études de la durée de vie des électrons qui déterminent l'efficacité des matériaux énergétiques et des catalyseurs tels que les matériaux 2D et la pérovskite et les points quantiques.
Le Dr Kim a dit :« L'analyse du mouvement électron-trou des matériaux produits en série à l'aide de la génération transitoire de la deuxième harmonique de la technologie d'imagerie par impulsions peut être visualisée simultanément, ce qui contribuera grandement au développement d'une technologie source basée sur de nouveaux nano-matériaux. Nous allons rechercher et développer des éléments énergétiques et optiques de super précision en étendant la technologie d'analyse en temps réel à haute résolution que nous avons sécurisée à l'analyse des environnements physiques de contraintes de réseau. »
