Исследователи из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) разработали технологию ультразвуковой визуализации с высоким разрешением. Сверхвысокочастнтные акустические волны можно использовать для поиска скрытых наноскопических дефектов в материалах.
Физики использовали сверхбыстрый трансмиссионный электронный микроскоп (UTEM) для обнаружения звуковых волн, генерируемых 200-нанометровым отверстием в центре сверхтонкой кремниевой пластины. UTEM использует два лазерных луча с небольшой задержкой между ними. Один луч освещает образец, а другой генерирует ультракороткий импульс электронов в микроскопе.
В серии экспериментов ученые продемонстрировали, что созданная установка обеспечивает высокое качество и точность изображения. При этом созданная установка позволяет собирать данные с пикосекундной скоростью, необходимой для наблюдения наноструктур.
Схема экспериментальной установки. Лазер слева дает два луча, один взаимодействует с электронным лучом микроскопа, а другой (нижний луч) освещает образец. Фото: RIKEN Center for Emergent Matter Science
В медицинских приборах УЗИ используются звуковые волны с длиной волны несколько миллиметров. Этого достаточно для наблюдения за внутренними органами или развитием плода. Но для исследования наноструктур длина волны должна быть существенно меньше, объясняют физики.
Технологии создания таких высокочастотных звуковых волн давно известны: для их генерации в металлах и полупроводниках уже несколько десятилетий используются ультракороткие лазерные импульсы. Но обнаружить их гораздо сложнее, поскольку для этого требуется разработать детекторы, способные достигать нанометрового пространственного разрешения и фиксировать данные с пикосекундной частотой.
Если мы научимся использовать звуковые волны с длиной волны около 100 нм или около того, мы сможем использовать их для проверки материалов, например, для обнаружения дефектов.
Асука Накамура, соавтор исследования из института RIKEN
