Aperçu de la dynamique ultrarapide des électrons et des réseaux

Une étude a ouvert de nouvelles dimensions dans la compréhension des processus ultrarapides de transfert de charge et d’énergie à l’échelle microscopique. La recherche se penche sur la dynamique des particules microscopiques, fournissant des informations qui pourraient révolutionner le développement des semi-conducteurs et des dispositifs électroniques.

Comprendre le comportement dynamique des particules microscopiques est crucial pour faire progresser les technologies dans divers domaines, notamment l’électronique et la science des matériaux. Les techniques d’imagerie traditionnelles ne parviennent souvent pas à capturer ces processus rapides. Compte tenu de ces défis, il existe un besoin urgent de développer des méthodes d’imagerie avancées offrant une résolution spatiale et temporelle élevée pour découvrir les subtilités de la dynamique électronique et du réseau dans les matériaux.

Une équipe de l’Institut de technologie de Pékin, comprenant des chercheurs du Laser Micro/Nano Fabrication Laboratory, a publié une étude complète revoir en microscopie électronique ultrarapide (UEM) dans le Journal international de dynamique des systèmes mécaniques. Cette revue explore les principes et les applications de la microscopie électronique (TR-PEEM), de la microscopie électronique ultrarapide à balayage (SUEM) et de la microscopie électronique à transmission ultrarapide (UTEM), mettant en évidence leurs capacités à étudier les processus ultrarapides dans les matériaux.

La revue traite de trois techniques UEM principales : photoémission à résolution temporelle TR-PEEM, SUEM et UTEM. TR-PEEM utilise un microscope électronique pour imager la distribution des émissions de photoélectrons sur les surfaces, révélant la distribution de l’énergie des électrons et la dynamique des plasmons de surface, et a été utilisé pour étudier le transfert d’électrons interfacial hétérogène et le transport d’électrons ultrarapide dans des matériaux monocristallins.

SUEM combine la microscopie électronique à balayage avec des impulsions laser ultrarapides pour atteindre une résolution spatiale et temporelle élevée, permettant l’observation de la dynamique des porteurs dans les matériaux de silicium, des interfaces de jonction p-n et des effets des modifications de défauts sur les nanofils semi-conducteurs. Cette technique joue un rôle déterminant dans la compréhension des propriétés des porteurs influencées par les défauts, le dopage et l’orientation de la surface des monocristaux.

UTEM propose plusieurs modes d’imagerie, notamment l’espace réel, l’espace inverse et l’espace énergétique, pour étudier la dynamique du réseau et les transitions de phase, révélant la propagation des contraintes dans les matériaux bidimensionnels, les transformations de phase martensitiques dans les métaux et les processus de fusion et de cristallisation sous excitation destructrice.

« La microscopie électronique ultrarapide représente une avancée significative dans notre capacité à visualiser et à comprendre les processus rapides à l’échelle atomique. Les connaissances acquises grâce à ces techniques sont cruciales pour le développement des technologies futures en électronique et en science des matériaux », a déclaré le professeur Lan Jiang, chercheur de premier plan. chercheur dans le domaine de l’Institut de technologie de Pékin.

Les progrès des techniques UEM ont de vastes implications pour la recherche scientifique et les applications industrielles. En fournissant des informations détaillées sur la dynamique ultrarapide des électrons et des réseaux, ces méthodes peuvent guider le développement de semi-conducteurs avancés, de dispositifs optoélectroniques et de photocatalyseurs efficaces. En outre, la capacité d’observer des processus en temps réel au niveau atomique ouvre de nouvelles voies pour explorer la physique fondamentale, la chimie et la science des matériaux, stimulant ainsi l’innovation dans diverses industries de haute technologie.