炙手可热的新型显微镜利用蒸发波检查材料

资料来源：东京大学

显微镜通常使用背向散射辐射来生成图像，但东京大学工业科学研究所的一个研究小组正在开发一种新方法，利用材料受热后发出的微弱光线来研究材料。

传统显微镜通常用光或电子照射样品。任何反射或散射辐射都可以用来建立详细的图像，获取材料表面的特征信息。这就是所谓的主动测量，但它并不是唯一可以使用的技术。日本的研究人员一直在开发一种新的显微镜技术，它能以纳米级的精度探测物体表面的细节，如材料晶格的分布和电子温度。

消散波是一种不传递能量的短时电磁波，有点像材料表面的涟漪。它们可以在光与表面相互作用时产生，也可以在热作用下产生。所有物质都含有能量并散发热量，材料中的局部热波动可以短暂地产生强烈的蒸发波。东京大学工业科学研究所的研究人员开发的这种强大的新型显微镜的关键在于被动地探测这些波。

"第一作者 Ryoko Sakuma 解释说："扫描近场光学显微镜使用散射电磁辐射，是最常用的纳米级材料特性检测技术之一。利用热红外波长，研究小组可以观察到其他方法无法检测到的细节。"我们的新技术采用被动探测物体本身发出的辐射，因此表面不需要任何照明。

研究人员使用他们的原型仪器，检查了两种介电材料（氮化铝和氮化镓）中产生的热激发蒸发波。在一个名为雷斯特拉伦波段的吸收波段中，可以看到未曾预料到的微弱散射。这是第一次在没有光照射的情况下观察到这种现象。

最重要的是，他们的光谱分析显示，雷斯特拉伦波段中只存在极化子波（即由表面声子共振引起的波），尽管理论预测这些极化子波将伴随着大量的热波动。这些结果有助于我们理解这一波段的热激发蒸发波，并为改进被动探测模型以识别介电材料奠定了基础。

这篇题为 "介电材料的热近场散射特性 "的文章发表在 10 月份的《科学报告》上。

研究小组希望进一步开发这项技术。"我们的仪器是世界上唯一能够利用太赫兹波长观测表面纳米级温度分布的仪器，"资深作者梶原祐介解释说。太赫兹波长范围从中波红外开始，从 10 微米左右一直延伸到 1 毫米。作为原型，改进仪器的功能是目前的主要目标。"Kajihara 补充说："这种显微镜技术是全新的，因此我们仍在学习它的具体应用方式和应用领域。

研究小组打算进一步改进他们的原型仪器，完善该技术的工作原理。他们的下一步计划是开发一种改进的检测模型。他们的目标是实现更大的通用性，从而开发出一种新型、强大的非破坏性表征技术，对材料的表面动态进行高度局部分析。
 

参考资料
Ryoko Sakuma et al, Thermal near-field scattering characteristics for dielectric materials, Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-44920-y