Un equipo de investigación de McGill ha desarrollado una nueva técnica para detectar imperfecciones de tamaño nanométrico en materiales. Creen que este descubrimiento conducirá a mejoras en los detectores ópticos utilizados en una amplia gama de tecnologías, desde teléfonos móviles hasta cámaras y fibra óptica, así como en células solares.

Los investigadores, dirigido por el profesor Peter Grutter del Departamento de Física de McGill, utilizó microscopía de fuerza atómica para detectar las fuerzas ultrarrápidas que surgen cuando la luz interactúa con la materia. En su papel publicado esta semana en PNAS , demuestran que las fuerzas que surgen de dos, Los pulsos de luz retardados en el tiempo se pueden detectar con una precisión de menos de un femtosegundo (son millonésimas de mil millonésimas de segundo) y una resolución espacial nanométrica en una amplia gama de materiales.

Técnica mejorada para usar la luz para detectar imperfecciones en materiales.

"Para comprender y mejorar los materiales, Los científicos suelen utilizar pulsos de luz de más de 100 femtosegundos para explorar la rapidez con la que se producen las reacciones y determinar los pasos más lentos del proceso. "explica Zeno Schumacher, primer autor del artículo que era becario postdoctoral en el laboratorio de Grutter cuando se realizó la investigación y ahora tiene su sede en ETH Zurich. "El campo eléctrico de un pulso de luz oscila cada pocos femtosegundos y empujará y tirará de las cargas e iones de tamaño atómico que componen la materia. Estos cuerpos cargados luego se mueven, o polarizar, bajo estas fuerzas y es este movimiento el que determina las propiedades ópticas de un material ".

Los materiales reales utilizados en las células solares (también conocidas como fotovoltaicas) y en los detectores ópticos utilizados en equipos como teléfonos móviles y cámaras tienen muchas imperfecciones y defectos de diferentes tipos que son muy difíciles de caracterizar. ya que normalmente tienen un tamaño de solo un nanómetro. Es más, Ha sido muy desafiante identificar y estudiar los 'puntos calientes' y 'eslabones débiles' en los materiales que pueden ralentizar u obstaculizar los procesos inducidos por la luz porque las técnicas tradicionales para detectar imperfecciones promedian las diferencias en las propiedades en un área más grande.

Ver imperfecciones a nanoescala en una variedad de materiales

La nueva técnica desarrollada por el equipo de McGill combina métodos ópticos no lineales ultrarrápidos con la alta resolución espacial de la microscopía de fuerza atómica. Han demostrado que su técnica funciona sobre un material óptico aislante no lineal (LiNbO ₃ ) así como un nanómetro de espesor, escamas semiconductoras bidimensionales de diselenuro de molibdeno (MoSe ₂ ), un compuesto inorgánico utilizado en microscopía óptica y de sonda de barrido.

"Nuestra nueva técnica es aplicable a cualquier material, como los metales, semiconductores y aislantes, "dice Peter Grutter, el autor principal del artículo. "Permitirá utilizar una alta resolución espacial y temporal para estudiar, comprender y, en última instancia, controlar las imperfecciones en los materiales fotovoltaicos. Por último, debería ayudarnos a mejorar las células solares y los detectores ópticos utilizados en una amplia gama de tecnologías ".