uutiset

terahertsipyyhkäisytunnelimikroskooppi (thz-stm) on uusi analyysitekniikka, jolla on sekä atomiskaalan spatiaalinen resoluutio että ultranopea aikaresoluutio.periaatteena on yhdistää kryogeeninen pyyhkäisytunnelointimikroskooppi ultranopean terahertsipulssilaserin kanssa ja kohdistaa ultranopea terahertsinen pulssilaser stm-tunneliliitokseen virran tunnelointiprosessi ultranopealla aika-asteikolla. ultranopea aikaresoluutio saavutetaan stm:ssä ohjaamalla terahertsipulssien kantoaaltovaippavaihetta (cep) ja käyttämällä pumppu-anturitekniikkaa.koska aineen ja terahertsivalon välinen vuorovaikutus sisältää erittäin runsaasti fysikaalista ja kemiallista tietoa, terahertsi stm -teknologialla on suuri merkitys matalaenergisen virityksen ja dynaamisten prosessien tutkimisessa kondensoituneen aineen fysiikassa ja kemiassa.thz-stm:n rakentamisessa on kuitenkin voitettava monia teknisiä vaikeuksia. tällä hetkellä vain harvat ryhmät maailmassa ovat saavuttaneet erittäin korkean tyhjiön ja matalan lämpötilan thz-stm:n sekä erittäin nopealla aikaresoluutiolla että erittäin korkealla tilaresoluutiolla. .

fysiikan instituutti, kiinan tiedeakatemia / valtion pintafysiikan avainlaboratorio, pekingin kansallinen kondensoituneiden aineiden fysiikan tutkimuskeskus, ryhmä sf09vuosien reletutkimuksen ja toistuvan optimoinnin jälkeen täysin itsenäisesti suunniteltu uusi ultrakorkean tyhjiön ja matalan lämpötilan thz-stm-järjestelmä on onnistuneesti rakennettu.tässä järjestelmässä ei käytetä perinteistä matalan lämpötilan dewar-tyyppistä stm-mallia, vaan se käyttää innovatiivisesti nestemäistä heliumia sisältävää jatkuvavirtausjäähdytysmenetelmää jäähdytykseen. tämän matalan lämpötilan lisäkkeen yksinkertainen rakenne mahdollistaa stm-ytimen ja ultrakorkean tyhjiön ontelon suunnittelun kompaktimpaan tyyliin. tarkennuslinssin sijoittaminen erittäin korkean alipaineontelon ulkopuolelle voi silti saavuttaa hyvän yhteyden thz-pulssien ja matalan pulssin välillä. -lämpötila stm, mutta mutta se parantaa huomattavasti käyttömukavuutta. thz:n optisen polun osassa he käyttivät linbo:ta₃crystal kallistettu aaltorintama menetelmä tuottaa thz ultranopeita pulsseja, jotka kohdistetaan stm-tunnelin risteykseen parabolisen peilin kautta stm- ja thz-pulssien välisen kytkennän saavuttamiseksi. konfokaloimalla kaksi thz-pulssikeilaa säädettävillä aikaviiveillä stm-tunneliliitokseen voidaan suorittaa thz-pumppu-anturikoe, jolloin saavutetaan aikaresoluutio. koska tämä uusi muotoilu tuo käyttömukavuutta ja voi tehokkaasti saavuttaa paremman thz-tarkennusta,valovirta voi saavuttaa 100 pa:n maksimitason 1 mhz:n toistotaajuudella, mikä vastaa kutakin kärjestä säteilevää 1000 elektronia ohjaavaa pulssia. tätä valovirran intensiteettiä ei ole raportoitu aiemmassa kirjallisuudessa.

kuva: (vasemmalla) stm-skannauspää on ripustettu kylmäpään ja ultrakorkean tyhjökammion pohjasta jousien kautta. (oikealla) atomiresoluutiokuva kaksoispulssiautokorrelaatiosignaalista ag(111)-pinnalla ja valovirtasignaalista, joka on erotettu käyttämällä katkaisija-vaihelukitusta fese-pinnalla.

tällä hetkellä tämä järjestelmä on havainnut vakaita valovirtasignaaleja useissa eri materiaaleissa, ja se voi saavuttaa subpikosekunnin aikaresoluution ja atomitason spatiaalisen resoluution.esimerkiksi kuvantaminen käyttäen thz-valovirtaa fese-näytteessä havaitsi selkeän se-atomien hilan ja havaitsi, että thz-valovirta käyttäytyy ainutlaatuisesti lähellä vikoja, mikä tarkoittaa, että valovirta pystyy kuljettamaan tasavirtaa, joka ei pysty heijastamaan thz:tä ag(111)-pinnalla saadun valovirran kaksoispulssiautokorrelaatiosignaalin koko leveys on puolet maksimitaajuudesta 700fs, mikä osoittaa, että tämä thz-stm voi saavuttaa alipikosekunnin aikaresoluution. tämän järjestelmän onnistunut rakentaminen on avannut uuden maailman ultranopean aikaresoluution stm-tekniikan toteuttamiselle, joka tarjoaa tehokkaan työkalun dynaamisten prosessien tutkimiseen kondensoituneen aineen fysiikan alalla tietoa muille optisesti kytketyille uusille ideoille.

tätä työtä rahoittivat kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö ja kiinan tiedeakatemia. tutkija wu kehui, tutkija chen lan ja apulaistutkija cheng peng fysiikan instituutin sf09-ryhmästä ohjasivat tohtoriopiskelijoita zhang huaiyun, tian dachengin, liu zijian ja ma chenin suorittamaan tämän työn loppuun. aiheeseen liittyvä työ julkaistiin otsikolla "matalalämpötilaisen terahertsipyyhkäisytunnelimikroskoopin kehittäminen kryogeenivapaaseen malliin"rev. sci. instrum95, 093703(2024).