В поисках изъянов

Группа ученых из США и Бразилии придумала новый способ найти дефекты в двумерном материале. Они для этого предлагают совместить микроскопию и генерацию второй гармоники. Результаты своей работы исследователи опубликовали в журнале Nano Letters.

Двумерные материалы — это соединения, состоящие из одного слоя атомов. Самый известный их представитель — графен, который обладает настолько сильными связями между атомами углерода, что превосходит по прочности алмаз. Его носители заряда отличаются высокой подвижностью, поэтому графен считается перспективным материалом для электроники. С его помощью инженеры смогут уменьшить габариты устройств и их энергопотребление. Но серийное производство сложных деталей невозможно без проверенного способа обнаруживать брак.

Ученые предложили использовать генерацию второй гармоники для поиска дефектов. Она заключается в том, что одинаковые фотоны, проходя через некоторые нелинейные материалы, могут объединяться и формировать фотоны с удвоенной частотой. Этот эффект усиливается на дефектах двумерного материала.

Если облучать структуру лазером на одной частоте и регистрировать его на удвоенной, то можно получить изображение всей поверхности. Но видимые дефекты получались блеклыми на фоне излучения, испускаемого небракованными участками. Для решения проблемы ученые закрыли центральную часть объектива и стали фиксировать только те лучи, которые падают на его края, потому что дефект в материале испускает свет под увеличенным углом в стороны, по сравнению с однородной структурой.

Одно из преимуществ нового метода — возможность получить яркие контрастные изображения, используя доступный оптический микроскоп, а не дорогой электронный. Пока что технология опробована только на дисе­лениде молибдена, но авторы хотят проверить свою разработку и на других материалах.

— Не стоит думать, что все дефекты только ухудшают качество материала и поэтому их надо обязательно детектировать. Иногда они могут быть особенностью структуры и придавать ей дополнительные свойства. Яркий пример — это наноалмазы с азот-замещенными вакансиями внутри (NV-центры). Это один из видов точечных дефектов алмаза, при котором строение его кристаллической решетки нарушается. В некоторых местах при удалении атома углерода из узлов образовавшаяся вакансия связывается с атомом азота. NV-центры могут выступать в роли одиночных источников фотонов, потому что их можно представить как модель отдельного атома с электронными переходами.

Виталий Ярошенко,
аспирант физико-технического факультета