Crédit :Université McGill
Une équipe de recherche de McGill a mis au point une nouvelle technique pour détecter des imperfections de taille nanométrique dans les matériaux. Ils pensent que cette découverte conduira à des améliorations des détecteurs optiques utilisés dans un large éventail de technologies, des téléphones portables aux caméras et à la fibre optique, ainsi que dans les cellules solaires.
Les chercheurs, dirigé par le professeur Peter Grutter du Département de physique de McGill, utilisé la microscopie à force atomique pour détecter les forces ultrarapides qui surviennent lorsque la lumière interagit avec la matière. Dans leur papier, publié cette semaine dans PNAS , ils démontrent que les forces résultant de deux, les impulsions lumineuses retardées peuvent être détectées avec une précision inférieure à la femtoseconde (ce sont des millionièmes de milliardième de seconde) et une résolution spatiale nanométrique dans une large gamme de matériaux.
Technique améliorée d'utilisation de la lumière pour détecter les imperfections des matériaux
« Pour comprendre et améliorer les matériaux, les scientifiques utilisent généralement des impulsions lumineuses plus rapides que 100 femtosecondes pour explorer la rapidité avec laquelle les réactions se produisent et déterminer les étapes les plus lentes du processus, " explique Zeno Schumacher, le premier auteur de l'article qui était post-doctorant dans le laboratoire de Grutter lorsque la recherche a été effectuée et qui est maintenant basé à l'ETH Zurich. "Le champ électrique d'une impulsion lumineuse oscille toutes les quelques femtosecondes et va pousser et tirer sur les charges et les ions de taille atomique qui composent la matière. Ces corps chargés se déplacent ensuite, ou polariser, sous ces forces et c'est ce mouvement qui détermine les propriétés optiques d'un matériau."
Les matériaux réels utilisés dans les cellules solaires (également appelées photovoltaïques) et dans les détecteurs optiques utilisés dans les équipements comme les téléphones portables et les appareils photo présentent de nombreuses imperfections et défauts de différents types qui sont très difficiles à caractériser, car ils ne mesurent généralement qu'un nanomètre. De plus, Il a été très difficile d'identifier et d'étudier les « points chauds » et les « maillons faibles » dans les matériaux qui peuvent ralentir ou entraver les processus induits par la lumière, car les techniques traditionnelles de détection des imperfections font la moyenne des différences de propriétés sur une plus grande surface.
Voir des imperfections à l'échelle nanométrique dans une gamme de matériaux
La nouvelle technique développée par l'équipe de McGill combine des méthodes optiques non linéaires ultrarapides avec la haute résolution spatiale de la microscopie à force atomique. Ils ont démontré que leur technique fonctionne sur un matériau optique non linéaire isolant (LiNbO
"Notre nouvelle technique est applicable à tout matériau, comme les métaux, semi-conducteurs et isolants, " dit Peter Grutter, l'auteur principal sur le papier. « Il permettra d'utiliser une haute résolution spatiale et temporelle pour étudier, comprendre et finalement contrôler les imperfections des matériaux photovoltaïques. Finalement, cela devrait nous aider à améliorer les cellules solaires et les détecteurs optiques utilisés dans un large éventail de technologies."
