首次纳米表面声子的三维成像

据最新一期《科学》杂志报道，奥地利格拉茨理工大学物理研究所和法国南巴黎大学固体物理实验室首次成功将声子成像在纳米表面，有望推动新的更有效的纳米技术的发展。

无论是微观技术、数据存储还是传感器技术，都取决于材料表面的电磁场结构。在纳米体系中，表面声子——的原子晶格的时间畸变在物理和热力学性质中起着决定性的作用。如果能对表面声子进行特殊操作，就有可能在两个具有纳米表面的元件之间实现更好的热传递。

表面声子可用于探测器、传感器或高效的被动冷却系统。此外，表面声子将电磁能量集中在远红外范围内，为制作超分辨率透镜和提高振动光谱铺平了道路。尽管潜力巨大，但科学家们在这一领域几乎没有探索。为了开发新的纳米技术，表面声子必须在纳米尺度上可视化。

“可视化这些局部场是更深入理解基本原理和更好设计纳米结构的起点。”格拉茨技术大学电子显微镜和纳米分析研究所主任杰拉尔德科斯莱特纳说：“几年前才开发出一种能记录低能声子的电子显微镜。到目前为止，它们只能在二维平面上测量。”

在新的研究中，他们用电子束激发这些晶格振动，用特殊的光谱方法测量它们，然后用断层扫描术重建它们。结果，第一次在三维空间中可视化了MgO纳米立方体表面声子产生的红外光场。这使得研究人员能够在高场强下对一些声子和环境之间的强相互作用进行成像处理。

格拉茨技术大学物理研究所的乌尔里希霍恩斯特是研究人员之一，他将x光图像与计算机断层扫描过程进行了比较。"物体的三维重建可以通过许多合成的二维投影来实现。"他说：“就像小提琴或吉他上一样，纳米立方体表面的振动被分解成一系列共振。通过选择这些模式，您可以获得与实验数据的最佳一致性。”