Способ возбуждения и регистрации оптических фононов



Способ возбуждения и регистрации оптических фононов
Способ возбуждения и регистрации оптических фононов

 


Владельцы патента RU 2579360:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет" (RU)

Способ возбуждения и регистрации оптических фононов включает в себя нанесение на острие иглы кантилевера АСМ слой активного материала. В нём производят возбуждение активирующим импульсом фемтосекундного лазера оптических фононов. Фононы отражаются от границы раздела слоя активного материала/поверхность образца. В этом же слое активного материала происходит регистрация отраженных оптических фононов с помощью зондирующего импульса фемтосекундного лазера. Далее, с помощью обработки полученной информации и расчетов происходит восстановление энергетического спектра оптических фононов в исследуемом образце. Технический результат заключается в получении энергетического спектра оптических фононов, а также в возможности анализа химического состава поверхности с нанометровым пространственным разрешением. 1 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения преимущественно к измерительной технике. Оно может быть использовано, например, в материаловедении, при исследовании энергетического спектра оптических фононов, при изучении химического состава образцов с нанометровым пространственным разрешением.

Известен способ возбуждения оптических фононов в изучаемом образце, заключающийся в том, что импульс электромагнитного излучения фемтосекундного лазера падает на поверхность активного (изучаемого) материала. Возбуждаемые при этом оптические фононы распространяются вглубь изучаемого образца, отражаются от его внутренних структурных элементов, возвращаются к поверхности, где регистрируются вторым, зондирующим импульсом фемтосекундного лазера, задержанным относительно первого на время порядка нескольких пикосекунд и имеющим ортогональную поляризацию к первому импульсу [Т.К. Cheng, J. Vidal, Н.J. Zeiger, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus and E.P. Ippen. Mechanism for displacive excitation of coherent phonons in Sb, Bi, Те, and Ti2O3. Appl. Phys. Lett. 59, 1923 (1991); R. Merlina. Generating coherent THz phonons with light pulses. Solid State Communications, V. 102, PP. 207-220; K.P. Cheung and D.H. Auston. Excitation of Coherent Phonon Polaritons with Femtosecond Optical Pulses. Phys. Rev. Lett. 55, 2152-2155].

К недостаткам такого способа возбуждения оптических фононов относятся:

- низкая разрешающая способность, так как размер лазерного пятна на образце составляет величину порядка 1-2 мкм;

- при возбуждении оптических фононов химические связи в исследуемом образце могут быть разрушены (например, в живой клетке).

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является способ возбуждения акустических колебаний в кантилевере АСМ, включающий возбуждение акустических колебаний в образце с помощью пьезоэлемента, расположенного с обратной стороны исследуемого образца [Patent №: 5,319,977, USA, Near field acoustic ultrasonic microscope system and method]. Далее, акустические колебания распространяются через образец и посредством механического контакта острие иглы кантилевера-поверхность образца возбуждают колебания кантилевера, которые регистрируются дополнительной схемой измерения и обрабатываются дополнительным контроллером, позволяя изучать вязкоупругие свойства образца.

К недостаткам такого способа возбуждения и регистрации акустических звуковых колебаний в кантилевере АСМ относятся:

- невозможность изучать свойства материалов на гиперзвуковых частотах;

- невозможность возбуждать и регистрировать оптические фононы.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении энергетического спектра оптических фононов, а также в возможности анализировать химический состав поверхности с нанометровым пространственным разрешением.

Указанный технический результат достигается тем, что способ возбуждения и регистрации оптических фононов включает в себя возбуждение активирующим импульсом оптических фононов в слое активного материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, отражение оптических фононов от границы раздела слой активного материала/поверхность образца, регистрацию отраженных оптических фононов с помощью зондирующего импульса фемтосекундного лазера в том же слое активного материала, обработку полученной информации и с помощью расчетов восстановление энергетического спектра оптических фононов в исследуемом образце. В отличие от возбуждаемых акустических фононов в АСМ наиболее близкого аналога, возбуждаемые оптические фононы, имеющие очень малую длину свободного пробега, не должны идти через объем образца, а генерируются непосредственно возле исследуемой поверхности, обеспечивая зондирование ее свойств с помощью генерируемых фононов.

Отличительным признаком предложенного способа является использование оптических фононов, генерируемых в тонком слое активного материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, с помощью активирующего импульса фемтосекундного лазера. Благодаря тесному механическому контакту тонкого слоя активного материала с исследуемым образцом энергетический спектр оптических фононов, генерируемых в нем, связан с энергетическим спектром оптических фононов исследуемого образца, а благодаря тому, что слой активного материала нанесен на острие иглы кантилевера, появляется возможность точно позиционировать место исследуемых структурных элементов на исследуемом образце.

Способ возбуждения и регистрации оптических фононов реализуется следующим образом (рис. 1). Фемтосекундный лазер 1 генерирует активирующий импульс, который возбуждает оптические фононы в тонком слое активного материала 5, нанесенного на острие 4 иглы 3 кантилевера 2. Оптические фононы частично отражаются 8 от границы раздела слой активного материала 5/поверхность образца 6, частично рассеиваются 7 в исследуемом образце 6. Благодаря этим процессам энергетический спектр оптических фононов в тонком слое активного материала 5 оказывается связанным с энергетическим спектром оптических фононов исследуемого образца 6. Измерение энергетического спектра оптических фононов в тонком слое активного материала 5 производится с помощью зондирующего импульса фемтосекундного лазера 1. Энергетический спектр оптических фононов в исследуемом образце получается после обработки результатов измерений и расчетов.

Измерение энергетических спектров оптических фононов позволяет решить многие актуальные вопросы физики конденсированных сред, молекулярной биологии, в частности исследование химического состава поверхности с нанометровым разрешением.

Способ возбуждения и регистрации оптических фононов, включающий в себя возбуждение активирующим импульсом фемтосекундного лазера оптических фононов в слое активного материала, нанесенного на острие иглы кантилевера, отражение оптических фононов от границы раздела слой активного материала/поверхность образца, регистрацию отраженных оптических фононов с помощью зондирующего импульса в том же слое активного материала, обработку полученной информации и восстановление энергетического спектра оптических фононов в исследуемом образце с помощью расчетов, отличающийся тем, что слой активного материала, в котором возбуждаются и регистрируются фононы, нанесен на острие иглы кантилевера, а измерение энергетического спектра оптических фононов с помощью зондирующего импульса производится в тонком слое активного материала.



 

Похожие патенты:

Использование: для получения когерентного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения когерентного излучения, основанный на явлении вынужденных квантовых переходов, включает внешнее воздействие на активную квантовую систему с инверсной населенностью состояний резонансным излучением и в качестве активной среды применяют специально выбранные двух- или трехатомные молекулярные соединения, обладающие следующим отличительным свойством: атомное ядро, которое может быть образовано при полном слиянии ядер всех атомов, входящих в состав рассматриваемых молекул, должно иметь возбужденное резонансное состояние при энергии, близкой к полной энергии молекулярной системы; другими словами, энергия ядерного резонанса должна быть близка к порогу развала ядра на фрагменты, представляющие собой ядра атомов, образующих данную молекулу.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в бортовых приемно-передающих терминалах лазерных систем передачи информации космических и летательных аппаратов.

Изобретение относится к ядерной и экспериментальной физике и может быть использовано в физике и технике прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для получения направленного импульсного пучка когерентного гамма излучения. .

Изобретение относится к лазерам гамма-излучения и технике формирования мощных когерентных электронных пучков. .

Изобретение относится к лазерной технике. .

Изобретение относится к области технологии и техники обработки материалов микролептонным излучением. .

Изобретение относится к лазерной технике. .

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга природной среды и касается способа определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров. Способ включает синхронную съемку поверхности установленными на космическом носителе цифровой видеокамерой и гиперспектрометром, выделение методами пространственного дифференцирования функции яркости видеоизображения контура пожара, калибровку яркости пикселей внутри контура, расчет по измерениям гиперспектрометра концентрации вредных выбросов от пожара по эталонному затуханию дважды прошедшего атмосферу светового луча в полосе поглощения кислорода 761…767 нм и его затуханию в видимом диапазоне.

Изобретение относится к способу измерения концентрации урана в водном растворе, включающему в себя следующие последовательные этапы: a) электрохимическое восстановление до валентности IV урана, присутствующего в водном растворе с валентностью выше IV, причем это восстановление осуществляют при pH<2 путем пропускания электрического тока в раствор; b) измерение оптической плотности раствора, полученного по завершении этапа a), на выбранной длине волны между 640 и 660 нм, а предпочтительно - 652 нм; и c) определение концентрации урана в водном растворе путем выведения концентрации урана валентности (IV), присутствующего в водном растворе, полученном по завершении этапа a), из результата измерения оптической плотности, полученного на этапе b).

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к спектральному абсорбционному анализу с дифференциальной схемой измерения концентрации паров ртути и паров бензола.

Изобретение относится к медицине и описывает способ идентификации водорастворимого лекарственного вещества путем сравнения с эталоном. Способ характеризуется проведением ионометрии, титрометрии и спектрофотометрии, при этом ионометрические исследования проводят с использованием различных концентраций лекарственного вещества, начиная от насыщенного раствора с уменьшением концентрации идентифицируемого вещества в каждом последующем растворе кратно по сравнению с предыдущим, титрометрические зависимости измеряют в различных концентрациях идентифицируемого лекарственного вещества, начиная от насыщенного раствора с уменьшением концентрации в каждом последующем титруемом растворе ниже, чем в предыдущем, в кратное число раз, титрующий раствор вводят равномерно в течение всего процесса титрования, дополнительное измерение спектрофотометрических зависимостей проводят не менее чем в двух разных концентрациях: насыщенного раствора и разбавленного в 10-20 раз, а измерения спектрофотометрических зависимостей проводят в двух растворителях: бидистиллированной воде и ином растворителе из ряда спиртов.

Изобретение относится к экспертизе документов и может быть использовано в судебно-экспертной, криминалистической и судебной практике при технической экспертизе определения истинного времени выполнения реквизитов документов, выполненных пастами шариковых ручек, чернилами для капиллярных, гелевых, перьевых, «роллерного» типа ручек, чернилами для фломастеров и принтеров струйного типа, красящими веществами принтеров матричного типа, пишущих машин, а также оттисков печатей (штампов) и других материалов письма.

Изобретение относится к аналитическим системам автоматического измерения концентрации ртути и может быть использовано для мониторинга промышленной и сточной воды и дымовых газов.
Изобретение относится к медицине, в частности к функциональной диагностике в кардиологии, и может быть использовано для диагностики заболевания миокарда, обусловленного хронической сердечной недостаточностью, или ишемической болезнью, или пороками сердца.

Изобретение относится к области лабораторного медицинского анализа, аналитического приборостроения. Способ заключается в том, что параметры преобразования для системы регистрации изображений с заданными аппаратурными функциями, включающие главные компоненты нормированных спектральных сигналов r(Λk)=V(Λk)/V(Λ0), где Λ0 - опорный спектральный участок, и коэффициенты нелинейных множественных регрессий между концентрациями хромофоров Cq и нормированными сигналами r(Λk) или их проекциями на пространство главных компонент, определяют путем моделирования переноса излучения в ткани с учетом характеристик используемой системы регистрации и возможных диапазонов вариаций структурных и биохимических параметров ткани.

Изобретение относится к способу измерения характеристик системы и применения измеренных характеристик для прогнозирования будущей характеристики указанной системы.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения содержания химических элементов в пробах различных типов методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Изобретение относится к области спектроскопических астрофизических исследований и касается способа сравнительного анализа спектра звезды. Способ заключается в том, что свет от опорного источника разлагают в опорный линейчатый спектр, который сравнивают со спектром исследуемой звезды.
Наверх