Технику 3D-съемки впервые адаптировали для наномасштаба

Для конструирования следующих поколений светодиодов, солнечных батарей, оптических транзисторов, инженерам понадобятся трехмерные изображения, в мельчайших деталях показывающие, как свет взаимодействует с нанообъектами.

К сожалению, в силу фундаментальных свойств света, чем меньше размеры объекта, тем ниже разрешение его 3D-изображения.

В свежем выпуске Nature Nanotechnology инженеры из Стэнфорда и Лаборатории Фундаментальных Исследований Материи (FOM) голландского института AMOLF рассказали о новом методе 3D-визуализации, обеспечивающем разрешение нанометрового уровня.

Этот метод является сочетанием двух технологий — катодолюминесценции и томографии. В концептуальном эксперименте объект — покрытый золотом полумесяц 250 нм в диаметре — сначала исследовали в модифицированном сканирующем электронном микроскопе. Фокусированный пучок электронов проходя сквозь объект возбуждал его, заставляя излучать фотоны — эффект, известный как катодолюминесценция. При этом, интенсивность и длина волны излучения изменялись, в зависимости от того, какая часть объекта возбуждалась электронами. Многократно просканировал образец в разных направлениях инженеры AMOLF смогли построить спектральное 2D-изображение, демонстрирующее характерные особенности взаимодействия света с объектом.

Для перевода этого метода в третье измерение, авторы получили серию сканов полумесяца, наклоняя его под разными углами. Собранную информацию с помощью алгоритмов компьютерной томографии удалось «сшить», получив трехмерную карту оптических свойств исследуемого объекта. Пространственная детализация при этом была на уровне 10 нм.

Новый метод применим к различным техническим и природным материалам, испускающими свет при их возбуждении электронами. В частности, он может использоваться в производстве светодиодов для оптимизации излучения света, или для улучшения поглощения фотонов активными материалами солнечных батарей.