அதிக வீத ஸ்கேனிங் டன்னலிங் நுண்ணோக்கி

சுகுபா பல்கலைக்கழகத்தின் தூய மற்றும் பயன்பாட்டு அறிவியல் பீடத்தைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள் ஸ்கேனிங் டன்னலிங் நுண்ணோக்கி (STM-Scanning Tunnelling Microscopy) “ஸ்னாப்ஷாட்களை” உருவாக்கினர், இது முன்பு இருந்ததை விட மிகக் குறைவான பிரேம்களுக்கு இடையில் தாமதமானது. அதிவேக லேசர் முறைகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், அவர்கள் பைக்கோவிநாடிகளில் இருந்து பத்தாயிரம் ஃபெம்டோவிநாடிகள் வரை நேரத் தீர்மானத்தை மேம்படுத்தினர், இது மிக விரைவான செயல்முறைகளைப் படிக்கும் அமுக்கப்பட்ட பொருள் விஞ்ஞானிகளின் திறனை பெரிதும் மேம்படுத்தலாம்.

ஒரு பைக்கோசெகண்ட், அதாவது ஒரு வினாடியின் டிரில்லியன் பங்கு, கண் சிமிட்டுவதை விட மிகக் குறைவு. பெரும்பாலான பயன்பாடுகளுக்கு, பைக்கோசெகண்டில் பிரேம்களைப் பதிவுசெய்யக்கூடிய மூவி கேமரா, தேவையானதை விட மிக வேகமாக இருக்கும். இருப்பினும், ஒரு கட்ட மாற்றத்தின் போது அணுக்களின் மறுசீரமைப்பு அல்லது எலக்ட்ரான்களின் சுருக்கமான தூண்டுதல் போன்ற STM-ஐப் பயன்படுத்தும் பொருட்களின் அதிவேக இயக்கவியலைப் புரிந்துகொள்ள முயற்சிக்கும் விஞ்ஞானிகளுக்கு, இது வலிமிகுந்த மெதுவாக இருக்கும்.

இப்போது, ​​சுகுபா பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் குழு, பம்ப்-ஆய்வு முறையை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு STM அமைப்பை வடிவமைத்துள்ளது, இது 30 ஃபெம்டோவிநாடிகள் வரையிலான தாமத நேரங்களின் பரந்த அளவில் பயன்படுத்தப்படலாம். இந்த நுட்பத்தில், ஒரு பம்ப் லேசர் பொருளைத் தூண்டுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதைத் தொடர்ந்து ஒரு ஆய்வு லேசர் விரைவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தாமத நேரம் நகரக்கூடிய கண்ணாடிகளால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது, இது ஆய்வுக் கற்றை பயணிக்க வேண்டிய தூரத்தை மாற்றுகிறது.

ஒளியின் வேகத்தில், இது ஃபெம்டோவிநாடிகளின் வரிசையில் தாமத நேரங்களாக மொழிபெயர்க்கப்படுகிறது. பொருட்களின் நடத்தை பற்றிய முழுமையான புரிதலைப் பெற இந்த கால அளவு தேவைப்படுகிறது. “அமுக்கப்பட்ட பொருளில், இயக்கவியல் பெரும்பாலும் இடஞ்சார்ந்த சீரானதாக இல்லை, மாறாக அணு-நிலை குறைபாடுகள் போன்ற உள்ளூர் கட்டமைப்புகளால் வலுவாக பாதிக்கப்படுகிறது, இது மிகக் குறுகிய கால அளவுகளில் மாறக்கூடியது” என்று மூத்த எழுத்தாளர் பேராசிரியர் ஹிடெமி ஷிகேகாவா கூறுகிறார்.

புதிய அமைப்பில், நுண்ணோக்கி தரவுகளை பதிவு செய்ய ஆய்வு கற்றை STM சுற்று செயல்படுத்துகிறது. ஒரு விளக்கமாக, மாலிப்டினம் டெல்லூரைட்டின் (MoTe₂) புகைப்படத்தால் தூண்டப்பட்ட அதிவேக சமநிலையற்ற இயக்கவியலை ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆய்வு செய்தனர். அவர்கள் ஒரு பைக்கோவிநாடி வரையிலான கால வரம்பில் எலக்ட்ரான் இயக்கவியலை அளவிட முடிந்தது, மேலும் பட்டை அமைப்பு மறுசீரமைப்பின் கோட்பாட்டு கணிப்புகளுடன் அவர்கள் உடன்பட்டதைக் கண்டறிந்தனர். STM படங்கள் ஸ்னாப்ஷாட்களை உருவாக்கியது, அதில் தனிப்பட்ட அணுக்கள் தீர்க்கப்பட்டு, தூண்டுதலின் விளைவுகளைப் பின்பற்றலாம்.

“இந்த அளவிலான உருப்பெருக்கம் முன்பே அடையப்பட்டது, ஆனால் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளை ஸ்கேன் செய்வதற்கு கிடைக்கும் தற்காலிகத் தீர்மானத்தில் எங்கள் பணி குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றத்தைக் குறிக்கிறது” என்று முன்னணி எழுத்தாளர் பேராசிரியர் யூசுகே அராஷிடா கூறுகிறார். புதிய சூரிய மின்கலங்கள் அல்லது நானோ அளவிலான மின்னணு சாதனங்களை வடிவமைத்தல் போன்ற பரந்த அளவிலான பொருள் அறிவியல் பயன்பாடுகளுக்கு இந்த அமைப்புகள் உதவக்கூடும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் எதிர்பார்க்கின்றனர்.

இந்த ஆய்வு ACS ஃபோட்டானிக்ஸ் இதழில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது.

References:

• Yang, Z., Gura, L., Kalaß, F., Marschalik, P., Brinker, M., Kirstaedter, W., & Freund, H. J. (2022). A high-speed variable-temperature ultrahigh vacuum scanning tunneling microscope with spiral scan capabilities. Review of Scientific Instruments, 93(5), 053704.
• Sawanta, S. S., & Gaikwadb, P. K. (2022). Design and Development of an Experimental Setup for Characterization of Piezoelectric Actuators for Scanning Tunneling Microscope.
• Rost, M. J., Crama, L., Schakel, P., Van Tol, E., van Velzen-Williams, G. B. E. M., Overgauw, C. F., & Frenken, J. W. M. (2005). Scanning probe microscopes go video rate and beyond. Review of Scientific Instruments, 76(5), 053710.
• Schitter, G., & Rost, M. J. (2008). Scanning probe microscopy at video-rate. Materials Today, 11, 40-48.
• Humphris, A. D., Hobbs, J. K., & Miles, M. J. (2003). Ultrahigh-speed scanning near-field optical microscopy capable of over 100 frames per second. Applied Physics Letters, 83(1), 6-8.