Fig.1 (a) Image schématique de la microscopie à force photoinduite. (b)(c) Images de microscopie à force photo-induite d'une boîte quantique mesurées en utilisant différentes longueurs d'onde (600 nm, 520 nm). (d) Profils de force photoinduite pour les images. Cela reflète la structure d'énergie électronique conçue pour la photocatalyse. Crédit :Université d'Osaka
Une équipe de scientifiques dirigée par le Département de physique appliquée de l'Université d'Osaka, le Département de physique et d'électronique de l'Université de la préfecture d'Osaka, et le Département de chimie des matériaux de l'Université de Nagoya a utilisé la microscopie à force photoinduite pour cartographier les forces agissant sur les points quantiques en trois dimensions. En éliminant les sources de bruit, l'équipe a pu atteindre une précision subnanométrique pour la première fois, ce qui peut conduire à de nouvelles avancées dans les photocatalyseurs et les pincettes optiques.
Les champs de force ne sont pas les barrières invisibles de la science-fiction, mais sont un ensemble de vecteurs indiquant l'amplitude et la direction des forces agissant dans une région de l'espace. Nanotechnologie, ce qui implique de fabriquer et de manipuler de minuscules dispositifs tels que des points quantiques, utilise parfois des lasers pour piéger optiquement et déplacer ces objets. Cependant, la capacité d'analyser et de gérer de tels petits systèmes nécessite une meilleure façon de visualiser les forces 3D agissant sur eux.
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université d'Osaka, Université de la préfecture d'Osaka, et l'Université de Nagoya a montré pour la première fois comment la microscopie à force photoinduite peut être utilisée pour obtenir des diagrammes de champ de force 3D avec une résolution subnanométrique. "Nous avons réussi à imager le champ proche optique des nanoparticules à l'aide d'un microscope à force photoinduite. Celui-ci mesure la force optique entre l'échantillon et la sonde causée par l'irradiation lumineuse, " dit le premier auteur Junsuke Yamanishi.
La lumière laser a été dirigée sur une boîte quantique placée sous une pointe de microscopie à force atomique. Le déplacement du point par rapport à la pointe a permis au microscope de cartographier le champ de force photo-induit en 3D. L'équipe a pu atteindre un tel niveau de précision en utilisant quelques améliorations expérimentales. Ils ont utilisé des conditions d'ultra-vide pour augmenter la sensibilité à la force, et utilisé une modulation de fréquence hétérodyne, qui consiste à mélanger deux autres fréquences, pour réduire considérablement l'impact du chauffage thermique. « Nous avons réduit l'effet photothermique avec cette technologie unique et atteint pour la première fois une résolution inférieure à un nanomètre, ", déclare l'auteur principal Yasuhiro Sugawara.
Fig.2 (a) Image de microscopie à force atomique d'une boîte quantique. (b) Image de microscopie à force photoinduite à 660 nm. (c) Profils de force photoinduite pour l'image. Une résolution spatiale inférieure à 1 nm a été obtenue. Crédit :Université d'Osaka
Fig. 3 (a) Cartographie du champ de force 3D de la force photoinduite. (b) Carte de champ de force photoinduite 3D obtenue expérimentalement en utilisant le laser avec une longueur d'onde de 660 nm. Les flèches colorées indiquent l'amplitude et la direction de la force dans le plan. L'ombrage noir et blanc indique l'amplitude de la force dans la direction de la hauteur. (c) Carte de champ de force photo-induite 3D théoriquement calculée. La tendance à bien expliquer les résultats des expériences est évidente. Crédit :Université d'Osaka
