物理学家首次在3-D中成像单个量子点
与使用新型激发状态SMA-STM技术产生的图像相比，常规STM图像的量子点。图形礼貌马丁格鲁贝尔
研究人员开发了一种成像技术，它使用微小的超锋利的针头轻推单个纳米颗粒成不同的取向并捕获2-D图像以帮助重建3-D图片。该方法在激光诱导的激发态中显示出在不同取向的inpidual纳米颗粒的成像。
在化学物理学杂志上发表的调查结果将来自伊利诺伊大学和华盛顿大学的研究人员汇集在西雅图，通过贝克曼的先进科学和技术研究所的协作项目。
纳米结构如微芯片半导体，碳纳米管和大蛋白质分子含有缺陷，其在合成期间形成，使它们彼此不同地不同。然而，这些缺陷并不总是一件坏事，领先作者和伊利诺伊州化学教授和椅子说。
“术语”缺陷“是一个错误的错误，”格鲁贝尔说。“例如，半导体采用有意的缺陷制造，其形成电子跳进以产生导电性的”孔“。具有图像的能力可以让我们更好地表征它们并控制其生产。“
由于技术进步允许较小且较小的纳米颗粒，工程师至关重要，以了解这些缺陷的精确数量和位置，以确保质量和功能。
动画在SMA-STM仪器的高真空室内的单量子点（黄色和黑色）上放大。激光（绿色）调制到激发量子点，显示电子激发的SMA-STM图像。接下来，动画逐渐消失到量子点的原子模型，示出了尖端如何使点重新定向它，然后显示点的电子结构的新视图。视频由约瑟夫莱丁提供。
该研究的重点是一类称为量子点的纳米颗粒。这些点是用于太阳能电池板，直播摄像和分子电子等技术的微小的近球形半导体 - 量子计算的基础。
该团队使用单分子吸收扫描隧道显微镜观察量子点，所述扫描隧穿显微镜在其尖端锐化到仅一个原子的厚度。针使表面上的近距离颗粒伸出并扫描它们以从不同取向从不同方向获得量子点的视图以产生3-D图像。
研究人员表示，与当前技术相比，新的SMA-STM方法有两个独特的优势 - 诺贝尔奖获胜技术称为低温电子断层扫描。
“而不是使用千分之一的平均不同颗粒产生的图像，如用冷冻et完成，SMA-STM可以从单个粒子中产生约20个不同取向的图像，”Gruebele表示。“并且因为我们不需要将颗粒冷却到近绝对的零温度，我们可以在室温下捕获颗粒，而不是冷冻和动态。”
研究人员研究了该研究的半导体量子点，但SMA-STM也可用于探索其他纳米结构，例如碳纳米管，金属纳米粒子或合成大分子。GRUEBELE表示，本集团认为该技术可以精制与蛋白质分子等软材料一起使用。
研究人员正在努力将SMA-STM推进到单粒子断层扫描技术中，这意味着他们需要证明该方法是非侵税的。
“对于SMA-STM成为一个真正的单粒子断层扫描技术，我们需要证明我们的速度不会以任何方式损坏或分类，同时滚动，”格鲁贝尔说。“只敲掉一个原子可以从根本上改变纳米粒子的缺陷结构。”
国家科学基金会，艾兹纳家庭基金会和贝克曼研究所支持这项研究。
出版物：Duc Nguyen等，“电子激发量子点的取向依赖性成像，”化学物理学148,064701（2018）; DOI：10.1063 / 1.5012784
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2021-08-01
