berita

mikroskop terowongan pemindaian terahertz (thz-stm) adalah teknologi analisis baru yang memiliki resolusi spasial skala atom dan resolusi waktu ultracepat.prinsipnya adalah menggabungkan mikroskop terowongan pemindaian kriogenik dengan laser pulsa terahertz ultracepat, dan memfokuskan laser pulsa terahertz ultracepat ke persimpangan terowongan stm melalui lensa proses penerowongan arus dalam skala waktu yang sangat cepat. resolusi waktu ultracepat dicapai dalam stm dengan mengontrol fase selubung pembawa (cep) pulsa terahertz dan menggunakan teknologi pompa-probe.karena interaksi antara materi dan cahaya terahertz mengandung informasi fisika dan kimia yang sangat kaya, teknologi stm terahertz sangat penting untuk mengeksplorasi eksitasi energi rendah dan proses dinamis dalam fisika dan kimia benda terkondensasi.namun, pembangunan thz-stm perlu mengatasi banyak kesulitan teknis. saat ini, hanya sedikit kelompok di dunia yang telah mencapai thz-stm vakum sangat tinggi dan suhu rendah dengan resolusi waktu sangat cepat dan resolusi spasial sangat tinggi. .

institut fisika, akademi ilmu pengetahuan tiongkok/laboratorium utama fisika permukaan negara, pusat penelitian fisika benda terkondensasi nasional beijing, grup sf09setelah bertahun-tahun melakukan penelitian relai dan pengoptimalan berulang, sistem thz-stm vakum ultra-tinggi dan suhu rendah baru yang dirancang secara independen telah berhasil dibangun.sistem ini tidak menggunakan desain stm tipe dewar suhu rendah tradisional, tetapi secara inovatif menggunakan metode pendinginan aliran kontinu bebas helium cair untuk pendinginan. struktur sederhana dari sisipan suhu rendah ini memungkinkan probe inti stm dan rongga vakum ultra-tinggi dirancang dengan gaya yang lebih kompak. menempatkan lensa pemfokusan di luar rongga vakum ultra-tinggi masih dapat mencapai penggabungan yang baik antara pulsa thz dan rendah -suhu stm, tapi itu sangat meningkatkan kenyamanan pengoperasian. di bagian jalur optik thz, mereka menggunakan linbo₃metode muka gelombang miring kristal menghasilkan pulsa ultracepat thz, yang difokuskan ke persimpangan terowongan stm melalui cermin parabola untuk mencapai penggabungan antara pulsa stm dan thz. dengan memfokuskan dua pancaran pulsa thz dengan waktu tunda yang dapat disesuaikan ke persimpangan terowongan stm, eksperimen probe pompa thz dapat dilakukan, sehingga mencapai resolusi waktu. karena desain baru ini menghadirkan kenyamanan operasional dan secara efisien dapat mencapai pemfokusan thz yang lebih baik,arus foto dapat mencapai tingkat maksimum 100pa pada frekuensi pengulangan 1mhz, sesuai dengan setiap pulsa yang menggerakkan 1000 elektron untuk dipancarkan dari ujungnya. intensitas arus foto ini belum pernah dilaporkan dalam literatur sebelumnya.

gambar: (kiri) kepala pemindai stm digantung dari bagian bawah kepala dingin dan ruang vakum ultra-tinggi melalui pegas. (kanan) gambar resolusi atom dari sinyal autokorelasi pulsa ganda pada permukaan ag(111) dan sinyal arus foto yang diekstraksi menggunakan penguncian fase helikopter pada permukaan fese.

saat ini, sistem ini telah mengamati sinyal arus foto yang stabil di berbagai material, dan dapat mencapai resolusi waktu sub-pikodetik dan resolusi spasial tingkat atom.misalnya, pencitraan menggunakan arus foto thz pada sampel fese mengamati kisi atom se yang jelas, dan mengamati bahwa arus foto thz menunjukkan perilaku unik di dekat cacat, yang berarti bahwa arus foto mampu membawa arus terowongan dc yang tidak dapat mencerminkan thz; sinyal autokorelasi pulsa ganda arus foto yang diperoleh pada permukaan ag(111) memiliki lebar penuh setengah maksimum 700fs, menunjukkan bahwa thz-stm ini dapat mencapai resolusi waktu sub-pikodetik. keberhasilan pembangunan sistem ini telah membuka dunia baru untuk realisasi teknologi stm dengan penyelesaian waktu yang sangat cepat, menyediakan alat yang ampuh untuk mempelajari proses dinamis dalam fisika benda terkondensasi informasi untuk ide-ide baru yang digabungkan secara optik.

pekerjaan ini didanai oleh national natural science foundation of china dan chinese academy of sciences. peneliti wu kehui, peneliti chen lan dan peneliti asosiasi cheng peng dari kelompok sf09 institut fisika membimbing mahasiswa doktoral zhang huaiyu, tian dacheng, liu zijia dan ma chen untuk menyelesaikan pekerjaan ini. karya terkait diterbitkan dengan judul "pengembangan mikroskop terowongan pemindaian terahertz suhu rendah berdasarkan skema bebas kriogen"pendeta sains. instrumen.95, 093703(2024).