太赫兹光谱研究进入纳米尺度

布朗大学的研究人员已经展示了一种将纳米技术用于研究各种材料的强大形式的光谱技术。

激光太赫兹发射显微镜（LTEM）是表征太阳能电池，集成电路和其他系统和材料性能的新兴手段。照射样品材料的激光脉冲会导致发射太赫兹辐射，其中载有关于样品电性能的重要信息。

布朗大学工程学院的教授Daniel Mittleman说:“这是一个众所周知的工具，可以用来研究任何吸收光的材料，但在纳米尺度上却从来没有使用过。”“我们的工作改进了这项技术的分辨率，因此它可以用来描述单个纳米结构。”

通常，以几十微米的分辨率执行LTEM测量，但是这种新技术使测量能够降低到20纳米的分辨率，大约是传统LTEM技术以前可能的分辨率的1000倍。

研究人员将太赫兹光谱的分辨率提高了1000倍，使得该技术在纳米尺度上有用。

这项研究发表在《ACS光子学》(ACS Photonics)(“纳米级激光tera赫兹发射显微镜”)上，由米特提曼实验室的博士后研究员、来自布朗大学化学系的Hyewon Kim和Vicki Colvin领导。

在他们的研究中，该团队采用了 太赫兹光谱辐射技术，该技术已经用于提高红外显微镜的分辨率。这项技术使用一种金属针，逐渐变细到只有几十纳米直径的尖头，在样本上方的悬浮颗粒可以被吸收。当样本被照亮时，一小部分的光直接被捕捉到顶端，这使得成像分辨率大致相当于尖端的大小。通过移动提示，可以创建一个完整样本的超高分辨率图像。

克拉斯科夫能够表明，同样的技术也可以用来提高太赫兹发射的分辨率。在他们的研究中，她和她的同事们能够使用 太赫兹光谱排放图像来成像一个20纳米分辨率的黄金纳米棒。

研究人员认为，他们的新技术在描述材料的电性特性方面具有广泛的作用，这是前所未有的细节。

Mittleman说:“ 太赫兹光谱排放已经被用于研究许多不同的材料——半导体、超导体、宽带隙绝缘子、集成电路等。”“能够将其降低到单个纳米结构的水平是一个大问题。”

Mittleman说，一个可以从这项技术中获益的研究领域的一个例子是对perovskite太阳能电池的描述，这是一种新兴的太阳能技术，由Mittleman在Brown的同事们广泛研究。

Mittleman说:“perovskites的一个问题是，它们是由多晶颗粒组成的，而谷物边界限制了细胞的电荷传输。”“通过我们能够达到的分辨率，我们可以绘制出每一粒谷物，以确定不同的排列方式和方向是否对电荷迁移有影响，这将有助于优化细胞。”

Mittleman说，这是一个有用的例子，但它当然不局限于此。

“这可能有相当广泛的应用，”他指出。