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窥探原子世界:新深紫外显微镜解码微观尺度下钻石等材料能量流动

2025/1/27 11:50:33 来源:IT之家 作者:故渊 责编:故渊

IT之家 1 月 27 日消息,科技媒体 scitechdaily 昨日(1 月 26 日)发布博文,报道称来自美国科罗拉多大学博尔德分校 JILA 研究所的研究人员开发了一种新型深紫外显微镜,能够以前所未有的精度,研究钻石等难以分析材料的电子和热学特性,为下一代电子器件的发展提供关键信息。

项目背景

IT之家注:钻石等超宽带隙半导体因其高电压、高速度和高效率的特性,被认为是下一代电子器件的关键材料。

相比较硅传统材料,这种半导体材料由于价带和导带之间更宽的能隙,能够处理更高的电压、以更快的速度运行实现更高的效率。然而,研究电荷和热量如何在非常小的尺度(从纳米到微米)上穿过这些材料一直是一项挑战。

传统可见光显微镜由于波长限制,无法有效探测纳米级特性,且钻石不吸收可见光,无法用于产生电流或快速加热。

项目突破

JILA 的研究团队开发了一种深紫外(DUV)激光显微镜,利用高能 DUV 激光在材料表面创建纳米级干涉图案,以受控的周期性方式加热材料,并监测热量随时间的消散,从而深入了解材料的电子、热学和机械特性,空间分辨率高达 287 纳米。

研究团队首先使用 800 纳米波长的激光脉冲,通过非线性晶体并精确控制其能量,逐步将其转换为更短的波长,最终产生约 200 纳米波长的深紫外光源。

团队利用衍射光栅将 DUV 光分成两束相同的激光束,以略微不同的角度照射到材料表面,形成精确的正弦能量高低交替图案。这种干涉图案充当纳米级“光栅”,以受控方式暂时加热材料并产生局部能量变化。

该 DUV 系统无需对钻石进行物理改动(如添加纳米结构或涂层),即可研究其原始状态下的特性。研究人员观察了 DUV 光激发后,载流子(电子和空穴)在钻石中的扩散方式,揭示了钻石在纳米尺度下的传输动力学新见解。这项技术进步将在高性能电力电子、高效通信系统和量子技术的发展中发挥关键作用。

IT之家附上参考地址

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关键词:半导体钻石

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