A pesar de los notables avances en ciencia y tecnología, los rápidos avances han dejado al descubierto limitaciones en muchos ámbitos tecnológicos. Un desafío apremiante en los dispositivos semiconductores, que sustentan las comunicaciones de ultra alta velocidad y la inteligencia artificial (IA), es el desarrollo de dispositivos de alto rendimiento con una estructura básica de 2 nanómetros (nm).
A esta escala, las estructuras de defectos de un solo átomo y las alteraciones menores del comportamiento de los electrones afectan considerablemente los fenómenos macroscópicos y desempeñan un papel crucial en la funcionalidad del dispositivo. Por lo tanto, comprender y controlar los fenómenos físicos y químicos de alta velocidad a escala nanométrica es vital para desarrollar dispositivos de alto rendimiento.
El equipo de investigación desarrolló previamente un método de microscopía de efecto túnel (STM) de resolución temporal, que combina STM con tecnología láser, para lograr una resolución espacial a nivel nanométrico y una resolución temporal de femtosegundos. Este método ha sido fundamental para dilucidar diversas dinámicas fotoexcitadas. Sin embargo, la dependencia de STM del flujo de corriente eléctrica entre la sonda y la muestra limita su aplicación a materiales conductores.
En su estudio, publicado en Applied Physics Express , el equipo ha desarrollado un nuevo sistema AFM de resolución temporal, mejorando su operatividad fusionando AFM con su exclusiva tecnología de pulso láser ultracorto. Este desarrollo permite medir la dinámica de alta velocidad en una gama más amplia de materiales, incluidos aisladores, con resolución nanométrica.
Un enfoque único para contrarrestar la expansión térmica de la sonda y la muestra debido a la irradiación láser ha permitido la adquisición de señales resueltas en el tiempo con una relación señal-ruido (SN) excepcionalmente alta. Además, la oscilación del láser se controla eléctricamente para mejorar la operatividad.
La capacidad de AFM para medir una amplia gama de objetos posiciona a la tecnología desarrollada en esta investigación para que tenga aplicaciones generalizadas, extendiéndose más allá de la investigación académica a las industrias, la medicina y otros campos. Se prevé facilitar el descubrimiento de nuevos principios y la génesis de nuevos campos ampliando considerablemente el alcance de la exploración.
Más información: Hiroyuki Mogi et al, Microscopía de fuerza resuelta en el tiempo utilizando el método de modulación de tiempo de retardo, Applied Physics Express (2023). DOI:10.35848/1882-0786/ad0c04
Proporcionado por la Universidad de Tsukuba
