研究人员把太赫兹光谱仪分辨率提高了1000倍，使得该技术可以应用于纳米量级的分析。来源：Mittleman 实验室/ 布朗大学

布朗大学研究人员最新研发了一种强大的光谱技术，主要用于研究各种材料在纳米量级上的特性。

太赫兹激光发射显微镜（LTEM）是表征太阳能电池、集成电路、其他系统和材料性能的新兴手段。激光脉冲照射到样品材料上，产生的太赫兹辐射信号携带着与样品电性能相关的重要信息。

布朗工学院教授Daniel Mittleman以通信作者的身份在论文中阐述了他们的研究内容：“在研究任何吸光材料时，这是一个很普遍采用的手段，但是在纳米量级的材料时该方法不可行。我们的工作提高了这项技术的分辨率，因此可用于研究单个纳米结构。”

通常LTEM测量系统的分辨率是几十微米，采用该新技术后分辨率可以达到20纳米，大约是传统LTEM测量方法的1000倍。

来自Mittleman实验室的博士后研究员Pernille Klarskov、连同布朗大学化学系的Hyewon Kim和Vicki Colvin 共同开展了这项研究，相关进展刊登在《ACS光子学》杂志上。

在研究过程中，为了提高红外显微镜的分辨率，研究团队对太赫兹辐射装置进行了优化调整。这项技术采用一个锥形的金属探针，探针的尖端部分横向尺寸只有几十纳米，它正好要在成像的药品上方来回盘旋。当样品被光照射时，在尖端下方可以直接捕获一小部分光，这使成像分辨率大致等于尖端的尺寸。通过移动探针尖端，可以得到整个样品的超高分辨率图像。

Klarskov表示，同样的技术也可以用来提高太赫兹发射的分辨率。她和她的同事为了研究这项技术，使用具有20纳米分辨率的太赫兹发射光实现了给单个金纳米棒成像。

研究人员认为，他们的新技术可以广泛用于以前所未有的细节表征材料的电学性质。

“太赫兹发射光谱技术已用于研究许多不同的材料——半导体、超导体、宽带隙绝缘体和集成电路等，”Mittleman说，“能够做到这一点，达到单个纳米结构水平是一件了不起的事情。”

Mittlema说，一个从该技术中受益的研究领域的例子是钙钛矿太阳能电池的表征，这是由Mittleman在布朗大学的同事广泛研究的新兴太阳能技术。

“钙钛矿的问题之一是它们是由多晶粒制成，晶界限制电流在电池上的流动，”Mittleman说。“通过现在可以实现的分辨率，我们可以标出每个晶界，看看不同的布局或朝向是否会对充电流动性有影响，这有助于优化电池。”

“这是运用到它的一个例子，”Mittleman说，“但该技术的应用并不局限于此，这项技术将会有相当广泛的应用，”他补充道。

来源：https://phys.org/news/2017-10-terahertz-spectroscopy-nano.html

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