notícias

a microscopia de varredura por tunelamento terahertz (thz-stm) é uma nova tecnologia de análise que possui resolução espacial em escala atômica e resolução de tempo ultrarrápida.o princípio é combinar um microscópio de tunelamento de varredura criogênica com um laser de pulso terahertz ultrarrápido e focar o laser de pulso terahertz ultrarrápido na junção do túnel stm através de uma lente. o pulso terahertz gera um campo elétrico transitório local na junção do túnel. processo de tunelamento de corrente em uma escala de tempo ultrarrápida. a resolução de tempo ultrarrápida é alcançada no stm controlando a fase do envelope da portadora (cep) dos pulsos de terahertz e usando a tecnologia de sonda de bomba.como a interação entre matéria e luz terahertz contém informações físicas e químicas muito ricas, a tecnologia terahertz stm é de grande importância para explorar a excitação de baixa energia e processos dinâmicos na física e química da matéria condensada.no entanto, a construção do thz-stm precisa superar muitas dificuldades técnicas. atualmente, apenas alguns grupos no mundo alcançaram vácuo ultra-alto e thz-stm de baixa temperatura com resolução de tempo ultra-rápida e resolução espacial ultra-alta. .

instituto de física, academia chinesa de ciências/laboratório estatal de física de superfícies, centro nacional de pesquisa de física da matéria condensada de pequim, grupo sf09após anos de pesquisa de relés e otimização repetida, um novo sistema thz-stm de ultra-alto vácuo e baixa temperatura projetado de forma totalmente independente foi construído com sucesso.este sistema não usa o design stm tradicional do tipo dewar de baixa temperatura, mas usa de forma inovadora um método de refrigeração de fluxo contínuo sem hélio líquido para refrigeração. a estrutura simples desta inserção de baixa temperatura permite que a sonda central stm e a cavidade de ultra-alto vácuo sejam projetadas em um estilo mais compacto. colocar a lente de foco fora da cavidade de ultra-alto vácuo ainda pode obter um bom acoplamento entre pulsos thz e baixo. -temperatura stm, mas melhora muito a conveniência de operação. na parte do caminho óptico thz, eles usaram linbo₃o método de frente de onda inclinada de cristal gera pulsos ultrarrápidos thz, que são focados na junção do túnel stm através de um espelho parabólico para obter acoplamento entre os pulsos stm e thz. ao confocalizar dois feixes de pulsos thz com atrasos de tempo ajustáveis ​​para a junção do túnel stm, um experimento de bomba-sonda thz pode ser realizado, alcançando assim a resolução de tempo. como este novo design traz conveniência operacional e pode alcançar com eficiência melhor foco em thz,a fotocorrente pode atingir um nível máximo de 100pa a uma frequência de repetição de 1mhz, correspondendo a cada pulso que aciona 1000 elétrons a serem emitidos pela ponta. essa intensidade de fotocorrente não foi relatada na literatura anterior.

figura: (esquerda) o cabeçote de digitalização stm é suspenso na parte inferior do cabeçote frio e na câmara de ultra-alto vácuo por meio de molas. (direita) imagem de resolução atômica do sinal de autocorrelação de pulso duplo na superfície ag (111) e o sinal de fotocorrente extraído usando bloqueio de fase chopper na superfície fese.

atualmente, este sistema observou sinais de fotocorrente estáveis ​​em uma variedade de materiais e pode atingir resolução de tempo subpicossegundo e resolução espacial de nível atômico.por exemplo, imagens usando fotocorrente thz em uma amostra de fese observaram uma rede clara de átomos de se e observaram que a fotocorrente thz exibe um comportamento único perto de defeitos, o que significa que a fotocorrente é capaz de transportar corrente de tunelamento cc que não pode refletir a informação thz; o sinal de autocorrelação de pulso duplo fotocorrente obtido na superfície ag (111) tem largura total na metade do máximo de 700fs, indicando que este thz-stm pode atingir resolução de tempo subpicossegundo. a construção bem-sucedida deste sistema abriu um novo mundo para a realização da tecnologia stm ultrarrápida com resolução temporal, fornecendo uma ferramenta poderosa para o estudo de processos dinâmicos na física da matéria condensada. ao mesmo tempo, muitos projetos inovadores neste sistema também forneceram. informações para outras novas ideias de stms opticamente acoplados.

este trabalho foi financiado pela fundação nacional de ciências naturais da china e pela academia chinesa de ciências. os pesquisadores wu kehui, o pesquisador chen lan e o pesquisador associado cheng peng do grupo sf09 do instituto de física orientaram os estudantes de doutorado zhang huaiyu, tian dacheng, liu zijia e ma chen na conclusão deste trabalho. o trabalho relacionado foi publicado sob o título "o desenvolvimento de um microscópio de tunelamento de varredura terahertz de baixa temperatura baseado em um esquema livre de criogênio"rev. instrumento95, 093703(2024).