Científicos del Instituto Max Planck utilizan un nuevo tipo de microscopio para hacer vibraciones de cristal en las visibleCrystals rango nanométrico siempre han sido admirados por su brillo óptico, pero sólo unos pocos especialistas saben que los cristales pueden reflejar el 100% de la luz infrarroja como un metal. El origen de esta reflexión es que los átomos de la red vibran uno contra el otro y dificultan ondas de luz infrarroja de la misma banda de frecuencias de entrar. El equipo de físicos consistentes en Rainer Hillenbrand (postdoc), Thomas Taubner (estudiante de doctorado) y Fritz Keilmann (investigador principal) ahora muestra que el comportamiento de infrarrojos cambia drásticamente cuando se aplica el infrarrojo a través de su antena, que es la aguja de sondeo de su microscopio : la reflectividad-metal como conocido se transforma en una respuesta monocromática o de un solo color resonante. Este efecto fue predicho hace 19 años por Aravind y Metiu (Universidad de California, Santa Barbara, EE.UU.), pero aún no se ha observado experimentalmente.
El infrarrojo microscopio de campo cercano de un mismo grupo ya había estado en las noticias hace tres años, por su capacidad para resolver detalles tan pequeños como 1 / 100o de la longitud de onda, y además su capacidad única para distinguir la composición química ("microscopio química" , véase Nature 399, 134, 1999). La técnica básica es iluminar la aguja de un microscopio de sonda de barrido con luz infrarroja. Mientras que las exploraciones de aguja más de la muestra el relieve de la superficie se acumula en la pantalla del ordenador. Al mismo tiempo, la luz infrarroja registrada genera una imagen infrarroja de la misma área, valiosa para la interpretación de la composición del material local.
Fig .: A parte de oro (Au) de cristal de carburo de silicio cubierta (SiC) estudiado por el microscopio de infrarrojos de campo cercano. A: vista esquemática de la aguja de sondeo y la iluminación del haz láser. Las flechas indican el haz de láser infrarrojo enfocado a la aguja y la reflexión fuertemente reforzada. b: imagen Topografía. c: imágenes infrarrojas de campo cercano y fuera de resonancia (la escala de colores codifica la amplitud de la señal): la resonancia de fonones de SiC sucede en 10,8 micrómetros de longitud de onda, lo que genera brillo fuertemente mejorada en comparación con el oro. En 10,2 micrómetros el contraste de la imagen se invierte y oro refleja más fuerte que el cristal de SiC. Graphic / imágenes: R. Hillenbrand / Instituto Max Planck de Bioquímica
La aguja metálica se intensifica la luz infrarroja en su punta (tanto como una antena de radio mejora señales débiles). En el presente experimento los investigadores estudiaron un carburo de silicio (SiC) de cristal. Cuando la punta de la aguja de vino dentro de 30 nm de la superficie del cristal se observó una señal de infrarrojos mejorado drásticamente una vez que habían sintonizado la frecuencia del láser a la resonancia de fonones. Esto es indicativo de la intensidad local de extremo. En comparación con una superficie de oro del SiC aparece 200 veces más brillante. El experimento es una prueba concluyente de la "resonancia de campo cercano-superficie-fonón-polaritón", como se le llama correctamente, una interacción luz-materia que sólo se puede acceder cuando la investigación utiliza nanoscópico sondeo.
Las aplicaciones prácticas del resto de resonancia de fonones ya sea en el nivel alto de la señal o la estrechez de la resonancia, o ambos. En una muestra de cristales mixtos se espera que cualquier componente individual a aparecer muy brillantes cuando la iluminación infrarroja pasa a golpear su resonancia de fonones. Estos nanocompuestos multicomponentes abundan en, por citar dos ejemplos, los minerales o de petróleo en los meteoritos. La agudeza de la resonancia permite que los cristales con resonancia ligeramente desplazado a distinguir y por lo tanto la detección de impurezas y cristalinidad no perfecto. Esto podría ser de utilidad para la investigación sobre el crecimiento y la decadencia de biominerales, como dientes o los huesos, y ayuda a entender los procesos médicos tales como la osteoporosis.
En todo un campo diferente, la resonancia de fonones se propone como una posibilidad para futuros circuitos integrados ópticos y de almacenamiento de datos de ultra alta densidad. Mediante la explotación de resonancia de fonones, microscopía fotónica y se ven a expandirse desde el espectro visible tradicional (0,4-0,7 micras), o en el infrarrojo cercano de las telecomunicaciones (1,5 micras), para incluir también las infrarrojo medio (3-30 micras), donde el cristal se producen vibraciones de la red. El desarrollo activo de láseres semiconductores cuánticos en cascada para el espectro infrarrojo medio podría aumentar considerablemente este proceso. Los investigadores Martinsried largo para la obtención de este tipo de fuentes infrarrojas adaptadas para que coincida con la resonancia de fonones de minerales biológicos.
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