近日，科技媒體scitechdaily報道了一項來自美國科羅拉多大學博爾德分校JILA研究所的創(chuàng)新成果。該研究團隊成功研發(fā)出一種新型深紫外（DUV）顯微鏡，該顯微鏡能夠以超高精度探究鉆石等難以分析的材料的電子和熱學特性，為下一代電子器件的研發(fā)提供了寶貴的洞察。
鉆石等超寬帶隙半導體，以其卓越的高電壓、高速度和高效率特性，被視為未來電子器件的核心材料。相較于傳統(tǒng)的硅材料，這類半導體擁有更寬的價帶和導帶能隙，因而能夠在更高的電壓下運行，實現(xiàn)更快的速度和更高的效率。然而，如何在納米至微米的微小尺度上，研究電荷和熱量如何穿越這些材料，一直是科研人員面臨的重大挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的可見光顯微鏡由于波長限制，難以有效探測材料的納米級特性。更棘手的是，鉆石對可見光具有極高的透明度，這意味著它無法吸收可見光來產(chǎn)生電流或快速加熱，從而限制了傳統(tǒng)顯微鏡在鉆石研究中的應(yīng)用。
JILA研究團隊所開發(fā)的深紫外激光顯微鏡，巧妙地繞過了這些障礙。他們利用高能DUV激光在材料表面創(chuàng)建出納米級的干涉圖案，以受控的周期性方式加熱材料，并監(jiān)測熱量隨時間的消散過程。這種方法使得研究團隊能夠深入了解材料的電子、熱學和機械特性，且空間分辨率高達287納米。
為了實現(xiàn)這一目標，研究團隊首先將800納米波長的激光脈沖通過非線性晶體，并精確控制其能量，逐步將其轉(zhuǎn)換為更短的波長，最終產(chǎn)生了約200納米波長的深紫外光源。隨后，他們利用衍射光柵將DUV光分成兩束相同的激光束，以略微不同的角度照射到材料表面，形成精確的正弦能量高低交替圖案。這種干涉圖案就像納米級的“光柵”，能夠以受控的方式暫時加熱材料并產(chǎn)生局部能量變化。
值得注意的是，該DUV系統(tǒng)無需對鉆石進行任何物理改動，如添加納米結(jié)構(gòu)或涂層，即可研究其原始狀態(tài)下的特性。研究人員通過觀察DUV光激發(fā)后，載流子（電子和空穴）在鉆石中的擴散方式，揭示了鉆石在納米尺度下的傳輸動力學新機制。這一技術(shù)突破有望在高性能電力電子、高效通信系統(tǒng)和量子技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。
JILA研究所的這一創(chuàng)新成果，不僅為科研人員提供了一種全新的研究工具，更為下一代電子器件的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。隨著這一技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，我們有理由相信，未來的電子器件將會更加高效、智能和可靠。
