Malgré des progrès remarquables en science et technologie, les progrès rapides ont mis en évidence les limites de nombreux domaines technologiques. Un défi urgent dans les dispositifs à semi-conducteurs, qui sous-tendent les communications à ultra-haut débit et l'intelligence artificielle (IA), est le développement de dispositifs hautes performances avec une structure de base de 2 nanomètres (nm).

À cette échelle, les structures de défauts d'un seul atome et les perturbations mineures du comportement des électrons affectent considérablement les phénomènes macroscopiques, jouant un rôle crucial dans la fonctionnalité du dispositif. Par conséquent, comprendre et contrôler les phénomènes physiques et chimiques à grande vitesse à l’échelle nanométrique est essentiel pour développer des dispositifs hautes performances.

L’équipe de recherche a précédemment développé une méthode de microscopie à effet tunnel (STM) à résolution temporelle, combinant la STM avec la technologie laser, pour atteindre une résolution spatiale au niveau nanométrique et une résolution temporelle femtoseconde. Cette méthode a joué un rôle déterminant dans l’élucidation de diverses dynamiques photoexcitées. Cependant, la dépendance du STM au flux de courant électrique entre la sonde et l'échantillon limite son application aux matériaux conducteurs.

Dans leur étude, publiée dans Applied Physics Express , l'équipe a développé un nouveau système AFM à résolution temporelle, améliorant son opérabilité en fusionnant l'AFM avec leur technologie unique d'impulsions laser ultracourtes. Ce développement permet de mesurer la dynamique à grande vitesse dans une gamme plus large de matériaux, y compris les isolants, avec une résolution nanométrique.

Une approche unique pour contrecarrer la dilatation thermique de la sonde et de l’échantillon due à l’irradiation laser a permis l’acquisition de signaux résolus dans le temps avec un rapport signal/bruit (SN) exceptionnellement élevé. De plus, l'oscillation du laser est contrôlée électriquement pour améliorer l'opérabilité.

La capacité de l'AFM à mesurer un large éventail d'objets permet à la technologie développée dans cette recherche d'avoir des applications généralisées, s'étendant au-delà de la recherche universitaire jusqu'aux industries, à la médecine et à d'autres domaines. Il devrait faciliter la découverte de nouveaux principes et la genèse de nouveaux domaines en élargissant considérablement la portée de l'exploration.

Plus d'informations : Hiroyuki Mogi et al, Microscopie à force résolue dans le temps utilisant la méthode de modulation du temps de retard, Applied Physics Express (2023). DOI :10.35848/1882-0786/ad0c04

Fourni par l'Université de Tsukuba