νέα

η μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας terahertz (thz-stm) είναι μια νέα τεχνολογία ανάλυσης που έχει χωρική ανάλυση ατομικής κλίμακας και εξαιρετικά γρήγορη ανάλυση χρόνου.η αρχή είναι να συνδυάσετε ένα κρυογονικό μικροσκόπιο σάρωσης με ένα υπερταχύ παλμικό λέιζερ terahertz και να εστιάσετε το εξαιρετικά γρήγορο παλμικό λέιζερ στη διασταύρωση stm μέσω ενός φακού διαδικασία διάνοιξης σήραγγας ρεύματος σε εξαιρετικά γρήγορη χρονική κλίμακα. η εξαιρετικά γρήγορη ανάλυση χρόνου επιτυγχάνεται στο stm ελέγχοντας τη φάση φέροντος φακέλου (cep) των παλμών terahertz και χρησιμοποιώντας τεχνολογία αντλίας-ανιχνευτή.επειδή η αλληλεπίδραση μεταξύ ύλης και φωτός terahertz περιέχει πολύ πλούσιες φυσικές και χημικές πληροφορίες, η τεχνολογία stm terahertz είναι μεγάλης σημασίας για την εξερεύνηση της διέγερσης χαμηλής ενέργειας και των δυναμικών διεργασιών στη φυσική και τη χημεία της συμπυκνωμένης ύλης.ωστόσο, η κατασκευή του thz-stm πρέπει να ξεπεράσει πολλές τεχνικές δυσκολίες επί του παρόντος, μόνο λίγες ομάδες στον κόσμο έχουν επιτύχει thz-stm εξαιρετικά υψηλού κενού και χαμηλής θερμοκρασίας τόσο με εξαιρετικά γρήγορη ανάλυση χρόνου όσο και με εξαιρετικά υψηλή χωρική ανάλυση. .

ινστιτούτο φυσικής, κινεζική ακαδημία επιστημών/κρατικό εργαστήριο επιφανειακής φυσικής, εθνικό ερευνητικό κέντρο του πεκίνου για τη φυσική συμπυκνωμένης ύλης, ομάδα sf09μετά από χρόνια έρευνας αναμετάδοσης και επαναλαμβανόμενης βελτιστοποίησης, κατασκευάστηκε με επιτυχία ένα εντελώς ανεξάρτητα σχεδιασμένο νέο σύστημα υπερυψηλού κενού και χαμηλής θερμοκρασίας thz-stm.αυτό το σύστημα δεν χρησιμοποιεί τον παραδοσιακό σχεδιασμό stm τύπου dewar χαμηλής θερμοκρασίας, αλλά χρησιμοποιεί καινοτόμα μια μέθοδο ψύξης συνεχούς ροής χωρίς υγρό ήλιο για ψύξη. η απλή δομή αυτού του ενθέτου χαμηλής θερμοκρασίας επιτρέπει στον πυρήνα stm και την κοιλότητα εξαιρετικά υψηλού κενού να σχεδιάζονται με πιο συμπαγές στυλ η τοποθέτηση του φακού εστίασης έξω από την κοιλότητα εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να επιτύχει καλή σύζευξη μεταξύ των παλμών thz και του χαμηλού κενού. -θερμοκρασία stm, αλλά βελτιώνει σημαντικά την ευκολία λειτουργίας. στο τμήμα της οπτικής διαδρομής thz, χρησιμοποίησαν linbo₃η μέθοδος κύματος με κλίση κρυστάλλου δημιουργεί υπερταχείς παλμούς thz, οι οποίοι εστιάζονται στη διασταύρωση της σήραγγας stm μέσω ενός παραβολικού καθρέφτη για να επιτευχθεί σύζευξη μεταξύ παλμών stm και thz. συγκεντρώνοντας δύο δέσμες παλμών thz με ρυθμιζόμενες χρονικές καθυστερήσεις στη διασταύρωση της σήραγγας stm, μπορεί να πραγματοποιηθεί ένα πείραμα αντλίας-ανιχνευτή thz, επιτυγχάνοντας έτσι χρονική ανάλυση. επειδή αυτός ο νέος σχεδιασμός προσφέρει λειτουργική ευκολία και μπορεί να επιτύχει αποτελεσματικά καλύτερη εστίαση thz,το φωτορεύμα μπορεί να φτάσει σε μέγιστο επίπεδο 100 pa σε συχνότητα επανάληψης 1 mhz, που αντιστοιχεί σε κάθε παλμό που οδηγεί 1000 ηλεκτρόνια που πρέπει να εκπέμπονται από την κορυφή αυτή η ένταση φωτορεύματος δεν έχει αναφερθεί στην προηγούμενη βιβλιογραφία.

εικόνα: (αριστερά) η κεφαλή σάρωσης stm είναι αναρτημένη από το κάτω μέρος της ψυχρής κεφαλής και τον εξαιρετικά υψηλό θάλαμο κενού μέσω ελατηρίων. (δεξιά) εικόνα ατομικής ανάλυσης του σήματος αυτοσυσχέτισης διπλού παλμού στην επιφάνεια ag(111) και του σήματος φωτορεύματος που εξάγεται με χρήση κλειδώματος φάσης κοπής στην επιφάνεια fese.

προς το παρόν, το σύστημα έχει παρατηρήσει σταθερά σήματα φωτορεύματος σε μια ποικιλία υλικών και μπορεί να επιτύχει ανάλυση χρόνου υποπικοδευτερολέπτου και χωρική ανάλυση σε ατομικό επίπεδο.για παράδειγμα, η απεικόνιση χρησιμοποιώντας φωτορεύμα thz σε δείγμα fese παρατήρησε ένα καθαρό πλέγμα ατόμων se και το φωτορεύμα thz παρατηρήθηκε ότι παρουσιάζει μοναδική συμπεριφορά κοντά σε ελαττώματα, πράγμα που σημαίνει ότι το φωτορεύμα μπορεί να μεταφέρει ρεύμα σήραγγας συνεχούς ρεύματος που δεν μπορεί το σήμα αυτοσυσχέτισης διπλού παλμού φωτορεύματος thz που λαμβάνεται στην επιφάνεια ag(111) έχει πλήρες πλάτος στο μισό το μέγιστο των 700fs, υποδεικνύοντας ότι αυτό το thz-stm μπορεί να επιτύχει ανάλυση χρόνου υπο-picosecond. η επιτυχημένη κατασκευή αυτού του συστήματος άνοιξε έναν νέο κόσμο για την υλοποίηση της τεχνολογίας stm με εξαιρετικά γρήγορη ανάλυση, παρέχοντας ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη δυναμικών διεργασιών στη φυσική συμπυκνωμένης ύλης πληροφορίες για άλλες οπτικά συζευγμένες νέες ιδέες.

αυτή η εργασία χρηματοδοτήθηκε από το εθνικό ίδρυμα φυσικών επιστημών της κίνας και την κινεζική ακαδημία επιστημών. ο ερευνητής wu kehui, ο ερευνητής chen lan και ο συνεργάτης ερευνητής cheng peng της ομάδας sf09 του ινστιτούτου φυσικής καθοδήγησαν τους διδακτορικούς φοιτητές zhang huaiyu, tian dacheng, liu zijia και ma chen να ολοκληρώσουν αυτήν την εργασία. σχετική εργασία δημοσιεύτηκε με τίτλο "the development of a low-temperature terahertz scanning tunneling microscope based on a cryogen-free scheme"rev. sci. instrum95, 093703(2024).