跳动城乡网加州大学伯克利分校的研究人员开发出了尖端的纳米级光学成像技术，为先进材料中的超快载流子动力学提供了前所未有的见解。
发表在《先进材料》和《A Photonics》上的两项研究展示了在理解二维和相变材料中的载流子行为方面取得的重大进展，对下一代电子和光电子设备具有重要意义。
该研究团队由 Costas P. Grigoropoulos 教授、李金刚博士和研究生 Rundi Yang 领导，采用了一种新颖的近场瞬态纳米显微技术，以高空间和时间分辨率探测纳米尺度上材料的行为。这种方法克服了传统光学方法的局限性，使研究人员能够直接观察和分析以前难以观察到的现象。
“我们的技术使我们能够研究电荷载体和激子在各种材料中如何在纳米尺度上表现和相互作用，”李解释说。“这对于理解和优化基于这些材料的先进设备的性能至关重要。”
在一项研究中，该团队专注于原子级薄的过渡金属二硫属化物 (TMDC)，这种材料以其独特的光学和电子特性而闻名。他们观察到单层和双层 MoS 2中激子复合和扩散过程的复杂细节，揭示了晶体界面附近和具有纳米级应变的区域的不同动态。
研究人员还扩展了他们的研究，研究了二氧化钒 (VO 2 )，这种材料以其出色的相变特性而闻名。他们利用先进的成像技术，绘制了弯曲的 VO 2纳米梁中金属相和绝缘相的纳米级分布。
杨说： “我们能够以前所未有的细节直接成像 VO2 中不同相的共存情况。这使我们能够从根本上了解应变如何影响材料的电子特性。”
令人惊讶的是，研究小组观察到，与绝缘相相比， VO2金属相中的载流子复合速度较慢，但扩散速度较快。这一发现为材料在相变过程中的行为提供了新的见解，这对于开发先进的开关和存储设备至关重要。
该研究还强调了局部材料特性(例如应变和界面)对 TMDC 和 VO 2中激子和载流子动力学的影响。这种理解对于能够利用这些纳米级效应来提高性能的工程设备至关重要。
Grigoropoulos 教授表示：“这些技术为研究各种纳米材料和纳米器件开辟了新的可能性。我们对从能量收集到量子信息处理等领域的潜在应用感到兴奋。”
这些研究的综合结果证明了先进的纳米级成像技术在揭示纳米材料复杂物理特性方面的强大功能。随着研究人员不断改进这些方法，我们可以期待在原子尺度上对材料的理解取得进一步突破，为利用纳米材料独特性能的创新技术铺平道路。
这些发现对于下一代电子和光电设备(包括高性能传感器、存储设备和自适应光学元件)的开发具有重要意义。
在如此精细的尺度上探测和操纵材料特性的能力有望加速广泛应用领域中更高效、更强大的技术的开发。
