近日，科技媒體scitechdaily報(bào)道了一項(xiàng)來(lái)自美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校JILA研究所的創(chuàng)新成果。該研究團(tuán)隊(duì)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(xué)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(dǎo)體，以其卓越的高電壓、高速度和高效率特性，被視為未來(lái)電子器件的核心材料。相較于傳統(tǒng)的硅材料，這類半導(dǎo)體擁有更寬的價(jià)帶和導(dǎo)帶能隙，因而能夠在更高的電壓下運(yùn)行，實(shí)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(jiàn)光顯微鏡由于波長(zhǎng)限制，難以有效探測(cè)材料的納米級(jí)特性。更棘手的是，鉆石對(duì)可見(jiàn)光具有極高的透明度，這意味著它無(wú)法吸收可見(jiàn)光來(lái)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(tuán)隊(duì)所開發(fā)的深紫外激光顯微鏡，巧妙地繞過(guò)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(jí)的干涉圖案，以受控的周期性方式加熱材料，并監(jiān)測(cè)熱量隨時(shí)間的消散過(guò)程。這種方法使得研究團(tuán)隊(duì)能夠深入了解材料的電子、熱學(xué)和機(jī)械特性，且空間分辨率高達(dá)287納米。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)首先將800納米波長(zhǎng)的激光脈沖通過(guò)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(zhǎng)，最終產(chǎn)生了約200納米波長(zhǎng)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(jí)的“光柵”，能夠以受控的方式暫時(shí)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(wú)需對(duì)鉆石進(jìn)行任何物理改動(dòng)，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(guò)觀察DUV光激發(fā)后，載流子（電子和空穴）在鉆石中的擴(kuò)散方式，揭示了鉆石在納米尺度下的傳輸動(dòng)力學(xué)新機(jī)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(jiān)實(shí)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(lái)的電子器件將會(huì)更加高效、智能和可靠。
