RIKEN’den üç fizikçi, ultra süratli bir transmisyon elektron mikroskobu formunun, nanoyapılardaki ses dalgalarını ölçme kabiliyetini gösterdi.
RIKEN araştırmacılarının ultra yüksek frekanslı ses dalgalarını ince bir silikon plakada görüntülemek için kullandıkları ultra süratli transmisyon elektron mikroskobunun (UTEM) bir kesiti. Soldaki lazer, biri (üst ışın) mikroskobun elektron ışını (yeşil) ile etkileşime giren ve diğeri (alt ışın) numuneyi aydınlatan iki ışın sağlar. Görüntü Kredisi: © 2023 RIKEN Acil Madde Bilimi Merkezi
Bu, nanometre büyüklüğündeki yapıları görüntülemek için ultra yüksek frekanslı ses dalgalarını kullanan yüksek çözünürlüğünde olan bir görüntüleme tekniğinin belirlenmesine destek olabilir.
Ultrason, rahimdeki iç organları ve bebekleri görüntülemek için kliniklerde ve hastanelerde tertipli olarak kullanılmaktadır. Genel olarak, kullanılan ses dalgaları birkaç milimetre dalga boyundadır, dolayısıyla yapıları o seviyeye kadar görüntüleyebilirler.
Bu şekilde bir çözünürlüğün tıbbi görüntüleme için uygun olduğu düşünülse de fizikçiler, birkaç nanometre civarında ölçüm meydana getiren malzemelerdeki yapıları görüntülemek için ses dalgalarını kullanmak istiyor.
Ortalama 100 nanometre dalga boyuna haiz ses dalgalarını kullanabilirsek, bu tarz şeyleri kusurları bulmak şeklinde malzemeleri incelemek için kullanabiliriz.. Sadece minik kusurlara karşı duyarlılık hakikaten dalga boyuna bağlıdır..
Asuka Nakamura, Acil Madde Bilimi Merkezi, RIKEN
Bu, oldukça daha minik dalga boylarından (ve dolayısıyla daha yüksek frekanslardan) oluşan ses dalgalarının üretilmesini ve algılanmasını gerektirir. Bu tür yüksek frekanslı ses dalgalarını yapmak nispeten basittir – metallerde ve yarı iletkenlerde onlarca senedir bu tarz şeyleri üretmek için ultra kısa lazer darbeleri kullanılmıştır.
Sadece, uzayda nanometre ve zamanda pikosaniye çözünürlük elde etme potansiyeline haiz dedektörler geliştirmeyi gerektirdiğinden, bu tarz şeyleri saptamak oldukça zor olsa gerek.
Şu anda Nakamura, CEM işbirlikçileri Takahiro Shimojima ve Kyoko Ishizaka ile beraber, bu tür ultra yüksek frekanslı ses dalgalarını görüntülemek için benzersiz bir tür elektron mikroskobu kabiliyetini örneklediler.
Bilhassa, ultra ince bir silikon plakanın merkezindeki 200 nm’lik bir deliğin ürettiği ses dalgalarını algılamak için ultra süratli transmisyon elektron mikroskobu (UTEM) kullandılar. Bir UTEM, aralarında hafifçe bir gecikme olan iki lazer ışını kullanır.
Bir ışın numuneyi aydınlatmaktan sorumluyken, diğeri mikroskopta ultra kısa bir elektron darbesi üretir. Bu kurulum, oldukça kısa vakit ölçeklerinin çözülmesine izin verir.
Kuramsal olarak, üçlü dalgaları simüle ettiğinde ve simülasyonları deneysel olarak elde edilmiş görüntülerle karşılaştırdığında, iyi bir uyum keşfettiler.
Görüntülerin kalitesi ekibin beklentilerini aştı ve böylece görüntüler üstünde yaygın olarak kullanılan bir matematiksel analitik yöntem olan Fourier dönüşümü analizi yapmalarını sağlamış oldu.
Bu deneyleri yapmadan ilkin, ses dalgalarını karakterize etmeyi düşünmüyorduk.. Fakat verileri aldıktan sonrasında oldukça güzel olduklarını fark ettik ve Fourier dönüşümünü uygulayabildik. Bu benim için şaşırtıcıydı.
Asuka Nakamura, Acil Madde Bilimi Merkezi, RIKEN
Şu anda bilim adamları, UTEM kullanan bu tür nanometrik ses dalgalarının niçin olduğu katılardaki ultra süratli manyetik ve yapısal dinamikleri çözümleme etmeyi amaçlıyor.
Mecmua Referansı
Nakamura, A., et al. (2023) Silikon İnce Bir Plakada Optik Olarak İndüklenen Mikrometre Altı Gigahertz Akustik Dalgasının Karakterizasyonu. Nano Harfler. doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03938.
Kaynak: https://www.riken.jp/en/
Source: www.azonano.com