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钛酸锶薄膜变革红外成像,可提升成像分辨率

2024-06-19 15:24:37浏览:516来源:中国激光网   
 据麦姆斯咨询介绍,美国北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员发现了一种特殊的薄膜可以“束缚或压缩”红外光。这一发现对于开发新一代红外成像技术具有重要意义。该研究成果已发表于Nature Communications期刊。

这种薄膜相比块体晶体能更好的束缚红外光,而块体晶体已是成熟的红外光束缚技术。该新型薄膜保持了所需的红外频率,但压缩了波长,使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像。

该研究共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系助理教授Yin Liu说:“我们已经证明可以将红外光波长压缩至10%,同时保持其频率,这意味着一个波长循环所需要的时间相同,但波峰之间的距离更近。而块体晶体技术可将红外光波长压缩至97%左右。”

该研究共同第一作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程系助理教授Ruijuan Xu说:“这种特性以前只存在于理论上,但我们通过制备薄膜的方法和创新地利用同步加速器近场光谱,首次在实验中证明了这一点。”

SrTiO3薄膜的制备和结构表征

在这项研究中,研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。他们利用脉冲激光沉积技术,在真空室中生长出100纳米厚的钛酸锶(SrTiO3)晶体膜。这种薄膜由于具有高质量的晶体结构,因此几乎没有缺陷。之后,将薄膜置于硅衬底的氧化硅表面,再与生长在其上的衬底分离。

随后,将钛酸锶薄膜暴露在红外光下,研究人员在劳伦斯伯克利国家实验室使用了同步加速器近场光谱仪。这样,研究人员就能记录这种材料与红外光的纳米级相互作用。

要充分理解研究人员的发现,需要深入了解声子、光子和极化子。

声子和光子都是穿过材料的能量载体。 声子是原子振动产生的波,本质上代表声能。光子则是电磁波,代表光能。声子极化子是红外光子与光声子(一种能发射或吸收光的声子)相互作用时产生的混合准粒子。

理论文章提出,过渡金属钙钛矿氧化物膜可以允许声子极化激元束缚红外光。而我们的研究证明,声子极化激元确实能束缚光子,并能防止光子向材料表面外扩散。

Yin Liu表示:“这项成果构建了一类新的光学材料,可以控制红外波长的光,这在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用价值。例如,可以想象在设计计算机芯片时,利用这些材料将热量转化为红外光,从而达到散热的目的。”

Ruijuan Xu说:“这项研究令人兴奋,因为我们所展示的制造这些材料的技术,意味着薄膜可以很容易地与各种衬底集成,意味着可以很容易地将这些材料集成到许多不同类型的器件中。”

(责任编辑:CHINALASER)
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