Figura 1 (a) Imagen esquemática de microscopía de fuerza fotoinducida. (b) (c) Imágenes de microscopía de fuerza fotoinducida de un punto cuántico medido utilizando diferentes longitudes de onda (600 nm, 520 nm). (d) Perfiles de fuerza fotoinducida para las imágenes. Esto refleja la estructura de energía electrónica diseñada para la fotocatálisis. Crédito:Universidad de Osaka
Un equipo de científicos dirigido por el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Osaka, el Departamento de Física y Electrónica de la Universidad de la Prefectura de Osaka, y el Departamento de Química de Materiales de la Universidad de Nagoya utilizó microscopía de fuerza fotoinducida para trazar las fuerzas que actúan sobre puntos cuánticos en tres dimensiones. Al eliminar las fuentes de ruido, el equipo pudo lograr una precisión subnanométrica por primera vez en la historia, lo que puede conducir a nuevos avances en fotocatalizadores y pinzas ópticas.
Los campos de fuerza no son las barreras invisibles de la ciencia ficción, pero son un conjunto de vectores que indican la magnitud y dirección de las fuerzas que actúan en una región del espacio. Nanotecnología, que implica la fabricación y manipulación de dispositivos diminutos como puntos cuánticos, a veces utiliza láseres para atrapar y mover ópticamente estos objetos. Sin embargo, la capacidad de analizar y manejar sistemas tan pequeños requiere una mejor manera de visualizar las fuerzas 3D que actúan sobre ellos.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka, Universidad de la Prefectura de Osaka, y la Universidad de Nagoya ha demostrado por primera vez cómo se puede utilizar la microscopía de fuerza fotoinducida para obtener diagramas de campo de fuerza 3D con resolución subnanométrica. "Logramos obtener imágenes del campo óptico cercano de nanopartículas usando un microscopio de fuerza fotoinducida. Este mide la fuerza óptica entre la muestra y la sonda causada por la irradiación de luz, "dice el primer autor Junsuke Yamanishi.
La luz láser se dirigió sobre un punto cuántico colocado debajo de una punta de microscopía de fuerza atómica. Mover el punto en relación con la punta permitió al microscopio trazar el campo de fuerza fotoinducido en 3D. El equipo pudo lograr un nivel tan alto de precisión utilizando algunas mejoras experimentales. Utilizaron condiciones de ultravacío para aumentar la sensibilidad a la fuerza, y empleó modulación de frecuencia heterodina, que implica mezclar otras dos frecuencias, para reducir en gran medida el impacto del calentamiento térmico. "Redujimos el efecto fototérmico con esta tecnología única y logramos una resolución de menos de un nanómetro por primera vez en la historia, ", dice el autor principal Yasuhiro Sugawara.
Figura 2 (a) Imagen de microscopía de fuerza atómica de un punto cuántico. (b) Imagen de microscopía de fuerza fotoinducida a 660 nm. (c) Perfiles de fuerza fotoinducida para la imagen. Se ha obtenido una resolución espacial de menos de 1 nm. Crédito:Universidad de Osaka
Fig. 3 (a) Mapeo del campo de fuerza en 3D de la fuerza fotoinducida. (b) Mapa de campo de fuerza fotoinducido 3D obtenido experimentalmente utilizando el láser con una longitud de onda de 660 nm. Las flechas de colores indican la magnitud y la dirección de la fuerza en el plano. El sombreado en blanco y negro indica la magnitud de la fuerza en la dirección de la altura. (c) Mapa de campo de fuerza fotoinducido 3D calculado teóricamente. La tendencia a explicar bien los resultados de los experimentos es evidente. Crédito:Universidad de Osaka
