近日，科技媒體scitechdaily報道了一項來自美國科羅拉多大學(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(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)體擁有更寬的價帶和導(dǎo)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(xué)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(xué)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。
