Nanoelectrónica: Explorando el nanomundo en 3D

Imagina un cubo sobre el que se proyecta luz con una linterna. El cubo refleja la luz de una manera particular, por lo que simplemente girar el cubo o mover la linterna permite examinar cada aspecto y deducir información sobre su estructura. Ahora, imagine que este cubo tiene sólo unos pocos átomos de altura, que la luz es detectable sólo en el infrarrojo y que la linterna es un rayo de un microscopio. ¿Cómo se examina cada uno de los lados del cubo? Esa es la pregunta respondida recientemente por científicos del CNRS, la Universidad Paris-Saclay, la Universidad de Graz y la Universidad Tecnológica de Graz (Austria), al generar la primera imagen 3D de la estructura de la luz infrarroja cerca del nanocubo. Sus resultados, que tendrán implicaciones en nanoelectrónica, se publicarán mañana 26 de marzo de 2021 en Science.

La microscopía electrónica utiliza un haz de electrones para iluminar una muestra y crear una imagen ampliada. También proporciona mediciones más completas de propiedades físicas, con una resolución espacial inigualable que incluso puede visualizar átomos individuales. Chromatem, el instrumento dedicado del equipo de Equipex Tempos para espectroscopía, es uno de estos microscopios de nueva generación. Examina las propiedades ópticas, mecánicas y magnéticas de la materia con una resolución muy alta, que sólo es comparable con la de otros tres microscopios en el mundo.

Una vía de exploración para optimizar la disipación de calor en los componentes cada vez más pequeños que se utilizan en nanoelectrónica

Científicos del CNRS y la Universidad Paris-Saclay, que trabajan en el Laboratorio de Física de Estados Sólidos, junto con sus compañeros de la Universidad de Graz y la Universidad Tecnológica de Graz, utilizaron Chromatem para estudiar un nanocristal de óxido de magnesio. La vibración de sus átomos crea un campo electromagnético que sólo se puede detectar en el rango del infrarrojo medio. Cuando los electrones emitidos por el microscopio se encuentran indirectamente con este campo electromagnético, pierden energía. Al medir esta pérdida de energía, es posible deducir los contornos del campo electromagnético que rodea al cristal.

El problema es que este tipo de microscopía sólo puede proporcionar imágenes en 2D, lo que plantea la cuestión de cómo visualizar todas las esquinas, bordes y lados del cubo. Para ello, los científicos desarrollaron técnicas de reconstrucción de imágenes que han generado, por primera vez, imágenes en 3D del campo que rodea al cristal. Esto eventualmente permitirá apuntar a un punto específico en el cristal y realizar transferencias de calor localizadas, por ejemplo.

Muchos otros nanoobjetos absorben luz infrarroja, como durante las transferencias de calor, y ahora será posible proporcionar imágenes en 3D de estas transferencias. Esta es una vía de exploración para optimizar la disipación de calor en los componentes cada vez más pequeños que se utilizan en nanoelectrónica.

Fuente: Science.