Para comprender materiales avanzados como nanoestructuras de grafeno y optimizarlos para dispositivos en nano-, La tecnología óptica y cuántica es fundamental para comprender cómo los fonones, la vibración de los átomos en los sólidos, influyen en las propiedades de los materiales. Investigadores de la Universidad de Viena, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, La empresa JEOL y la Universidad La Sapienza de Roma han desarrollado un método capaz de medir todos los fonones existentes en un material nanoestructurado. Este es un gran avance en el análisis de materiales y dispositivos funcionales a nanoescala. Con este experimento piloto que utiliza nanoestructuras de grafeno, estos investigadores han demostrado la singularidad de su enfoque, que se publicará en el último número de Naturaleza .

Térmica importante, mecánico, Las características optoelectrónicas y de transporte de los materiales están regidas por fonones:las ondas vibratorias atómicas que se propagan. Entonces es deducible que la determinación de tales vibraciones atómicas extendidas es crucial para la optimización de dispositivos nanoelectrónicos. Las técnicas disponibles actualmente utilizan métodos ópticos, así como electrones inelásticos, Dispersión de rayos X y neutrones. A pesar de su importancia científica en la última década, Ninguno de estos métodos ha sido capaz de determinar todos los fonones de una monocapa independiente de materiales bidimensionales (2-D) como el grafeno y sus variaciones locales dentro de una nanocinta de grafeno. que a su vez se utilizan como elementos activos en nano y optoelectrónica.

Los nuevos límites de la nanoespectroscopia

Un equipo de investigación internacional de destacados expertos en espectroscopia electrónica dirigido por Thomas Pichler en la Universidad de Viena, espectroscopía teórica dirigida por Francesco Mauri en la Universidad La Sapienza en Roma y microscopía electrónica dirigida por Kazu Suenaga en el AIST Tsukuba en Japón, junto con la empresa japonesa JEOL han presentado un método original aplicándolo a nanoestructuras de grafeno como modelo:"espectroscopía electrónica de alta resolución dentro de un microscopio electrónico con suficiente sensibilidad para medir incluso una monocapa atómica". De esta manera, pudieron determinar por primera vez todos los modos vibracionales del grafeno independiente, así como la extensión local de diferentes modos vibratorios en una nanocinta de grafeno. Este nuevo método, lo que llamaron "mapeo q grande" abre posibilidades completamente nuevas para determinar la extensión espacial y del momento de los fonones en todos los materiales avanzados nanoestructurados y bidimensionales. Estos experimentos empujan los límites de la nanoespectroscopía acercándose a los límites del principio de incertidumbre de Heisenberg y demuestran nuevas posibilidades para estudiar los modos de vibración local a escala nanométrica hasta monocapas individuales.

Nuevo nanoespectrómetro de electrones como sincrotrón de "mesa"

"La prueba experimental directa del mapeo completo espacial y resuelto por el momento de las vibraciones locales de todos los materiales, incluso los materiales monocapa 2-D y las nanocintas, nos permitirá desenredar completamente los diferentes modos de vibración y sus transferencias de momento en estructuras no perfectas como bordes o defectos que son extremadamente importantes para comprender y optimizar las propiedades locales de un material, "explica uno de los principales autores, Ryosuke Senga.

Este estudio de "High q-Mapping Of Vibrations" en el microscopio electrónico abre una nueva vía de nanoespectroscopía de todos los materiales que combinan mediciones espaciales y resueltas por momento. Este ha sido el mayor desafío con respecto a la combinación de microscopía y espectroscopía, ya que las resoluciones espaciales y de momento se compensan debido al límite del principio de incertidumbre de Heisenberg. "Creemos que nuestra metodología impulsará una vasta investigación en la ciencia de los materiales y llevará la espectroscopía electrónica de alta resolución en microscopía electrónica al siguiente nivel, ser concebido como un verdadero sincrotrón de sobremesa, "dice Thomas Pichler de la Universidad de Viena.