une nouvelle forme de microscopie "chaude" examine les matériaux à l'aide d'ondes évanescentes
"Cette technologie de microscopie est totalement nouvelle, et nous sommes encore en train d'apprendre précisément comment et où elle peut être appliquée"
Les microscopes conventionnels irradient un échantillon, généralement avec de la lumière ou des électrons. Tout rayonnement réfléchi ou diffusé peut être utilisé pour construire une image détaillée et obtenir des informations caractéristiques sur la surface d'un matériau. C'est ce qu'on appelle une mesure active, mais ce n'est pas la seule technique utilisable. Des chercheurs japonais ont mis au point une nouvelle forme de microscopie qui permet de sonder les détails de la surface d'un objet, comme la distribution du réseau d'un matériau et les températures des électrons, avec une précision à l'échelle nanométrique.
Les microscopes utilisent généralement un rayonnement rétrodiffusé pour créer des images, mais un groupe de recherche de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo met au point une toute nouvelle méthode pour étudier les matériaux en utilisant la faible lumière qu'ils émettent, générée par la chaleur.
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
Les ondes évanescentes sont des ondes électromagnétiques de courte durée qui ne transportent pas d'énergie, un peu comme des ondulations à la surface d'un matériau. Elles peuvent être créées lorsque la lumière interagit avec la surface, mais peuvent également être générées thermiquement. Toute matière contient de l'énergie et émet de la chaleur, et les fluctuations thermiques localisées dans un matériau peuvent brièvement créer de fortes ondes évanescentes. La clé de cette nouvelle forme puissante de microscopie, mise au point par des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'université de Tokyo, réside dans la détection passive de ces ondes.
"La microscopie optique à balayage en champ proche, qui utilise le rayonnement électromagnétique diffusé, est l'une des techniques les plus couramment utilisées pour examiner les propriétés des matériaux à l'échelle nanométrique", explique l'auteur principal, Ryoko Sakuma. En utilisant les longueurs d'onde de l'infrarouge thermique, l'équipe peut observer des détails indétectables par d'autres moyens. "Notre nouvelle technique utilise la détection passive du rayonnement émis par l'objet lui-même, de sorte que la surface n'a pas besoin d'être éclairée.
À l'aide de leur prototype, les chercheurs ont examiné les ondes évanescentes thermiquement excitées générées dans deux matériaux diélectriques : le nitrure d'aluminium et le nitrure de gallium. La faible diffusion, qui n'avait pas été prévue, peut être observée dans une bande d'absorption appelée bande de Reststrahlen. C'est la première fois qu'un tel phénomène est observé sans exposition à la lumière. Plus important encore, leur analyse spectroscopique a montré que seules les ondes polariton (c'est-à-dire les ondes causées par la résonance des phonons de surface) existent dans la bande de Reststrahlen, malgré les prédictions théoriques selon lesquelles ces ondes polariton seraient accompagnées d'une grande quantité de fluctuations thermiques. Ces résultats nous aident à comprendre les ondes évanescentes excitées thermiquement dans cette bande et jettent les bases d'un modèle de détection passive amélioré pour identifier les matériaux diélectriques.
L'équipe souhaite poursuivre le développement de cette technologie. "Notre instrument est le seul au monde capable d'observer les distributions de température à l'échelle nanométrique sur des surfaces en utilisant des longueurs d'onde térahertz", explique l'auteur principal, Yusuke Kajihara. La gamme de longueurs d'onde térahertz commence dans l'infrarouge moyen, à partir d'environ 10 µm, et s'étend jusqu'à 1 mm. En tant que prototype, l'amélioration du fonctionnement de l'instrument est actuellement un objectif majeur. "Cette technologie de microscope est totalement nouvelle, et nous sommes encore en train d'apprendre précisément comment et où elle peut être appliquée", ajoute Kajihara.
L'équipe a l'intention d'améliorer encore son prototype d'instrument et d'affiner le fonctionnement de la technique. La prochaine étape consistera à mettre au point un modèle de détection amélioré. L'objectif est de parvenir à une plus grande polyvalence et de mettre au point une nouvelle et puissante technique de caractérisation non destructive, permettant une analyse très localisée de la dynamique de la surface d'un matériau.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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