热门新型显微镜利用倏逝波检查材料

传统显微镜通常用光或电子照射样品。任何反射或散射的辐射都可用于构建详细图像并获取有关材料表面的特征信息。这称为主动测量，但这并不是唯一可以使用的技术。日本研究人员一直在开发一种新型显微镜，可以以纳米级精度探测物体表面的细节，例如材料晶格的分布和电子温度。

倏逝波是短暂的电磁波，不传输能量，有点像材料表面的波纹。它们可以在光与表面相互作用时产生，但也可以通过热产生。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倏逝波。这种强大的新型显微镜由东京大学工业科学研究所的研究人员开发，其关键在于被动检测这些波。

“使用散射电磁辐射的扫描近场光学显微镜是在纳米级水平上检查材料特性的最常用技术之一，”主要作者 Ryoko Sakuma 解释道。使用热透视波长，团队可以观察其他方式无法检测到的细节。“我们的新技术使用被动检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)中产生的热激发倏逝波。在称为 Reststrahlen 带的吸收带中可以看到出乎意料的微弱散射。这是第一次在没有光照的情况下观察到这种现象。最重要的是，他们的光谱分析表明，在Reststrahlen带中仅存在极化子波(即由表面声子共振引起的波)，尽管理论上预测这些极化子波将伴随大量的热波动。这些结果有助于我们了解该频段内的热激发倏逝波，并为改进的被动检测模型识别介电材料奠定基础。

该团队热衷于进一步开发这项技术。“我们的仪器是世界上唯一能够使用太赫兹波长观察表面纳米级温度分布的仪器。” 资深作者 Yusuke Kajihara 解释道。太赫兹波长范围从中透视开始，从 10 µm 左右延伸到 1 mm。作为原型，改进仪器的功能方式是目前的主要目标。“这种显微镜技术是全新的，因此我们仍在具体学习如何以及在何处应用它，”梶原补充道。

该团队打算进一步改进他们的原型仪器并完善该技术的工作原理。他们的下一步是开发改进的检测模型。目标是更大的多功能性，从而产生一种新的、强大的非破坏性表征技术，允许对材料的表面动力学进行高度局部化的分析。