​​Коллектив ученых Томского политехнического университета проанализировал влияние структуры поверхности подложки на оптические сигналы в наноспектроскопии. Политехникам удалось выявить ряд так называемых артефактов, влияющих на точность полученных наноизображений.  Статья, посвященная исследованию, опубликована в журнале Ultramicroscopy.

Напомним, международный научный коллектив под руководством профессора Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Рауля Родригеса и профессора Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Евгении Шеремет развивает в ТПУ новое направление оптической наноспектроскопии, а также занимается разработкой плазмонных и сенсорных материалов для биомедицины и электроники. Недавно Евгения Шеремет стала победительницей престижного конкурса «Для женщин в науке» — совместного проекта ЮНЕСКО и компании L'Oreal.

В рамках научного проекта исследователи применяют подходы нанооптики, используя наноантенны, позволяющие изучать отдельные наночастицы, например, отдельную нанотрубку или нанокластер и неоднородности внутри них. Эта исследовательская методика называется зондово-усиленной рамановской спектроскопией. В этом случае наноантенна помещается на зонд атомно-силового микроскопа, что позволяет сканировать изучаемую поверхность. Наноантенна облучается лазером, а спектр рассеянного света детектируется рамановским спектрометром.

Подобный метод, говорят ученые, необходим для оптимизации наноструктуры в процессе разработки, например, солнечных батарей, органических или твердотельных транзисторов (ключевого элемента любой электроники) или органических светоизлучающих диодов. Он позволяет увидеть химический состав, химические реакции, механические напряжения в очень малых областях.

При этом для того, чтобы достигнуть разрешения менее 10 нанометров, политехники используют хорошо отражающую подложку из золота или серебра. Поверхность данной подложки может быть неровной, что вызовет определенное искажение изображения, называемое артефактом. В рамках исследования, описанного в статье, ученые ТПУ выясняли, как именно такие артефакты влияют на точность изображения.

«Артефакты наноспектроскопии  рассматривались буквально в нескольких статьях ученых из Румынии, США и так далее. Однако там изучались другие аспекты этого эффекта. Особенности нашего исследования в том, что мы рассматриваем как выпуклые, так и вогнутые поверхности, влияние формы самого зонда», — говорит Евгения Шеремет.

По словам ученых, они исследовали три системы: первая — подложка из золота, на которой находится слой молекул органического красителя толщиной от 2 до 40 нанометров. Вторая — кремневая подложка с золотыми структурами и молекулами красителя. Третья — вогнутая поверхность в виде подложки из полистироловых сфер, покрытых слоем металла (золото или серебро) и молекулами красителя. В результате оказалось возможным не только описать ранее не опубликованные типы артефактов, но и представить более полную картину взаимодействия зонда и поверхности.

«Сам зонд представляет собой очень острую иглу. Когда мы сканируем поверхность, мы, образно говоря, "прощупываем" ее зондом. При этом, если на поверхности подложки есть препятствие, то, применяя методы спектроскопии, электромагнитное взаимодействие наноантенны с поверхностью может вызвать искажение полученной картинки. Как именно эти артефакты влияют на конечный результат?

"Во-первых, когда мы анализируем интенсивность сигнала, то в классической микроспектроскопии она зависит от количества вещества. В наноспектроскопии мы видим, что гораздо больше на интенсивность влияет структура поверхности, чем количество вещества. Во-вторых, артефакты могут вызывать искажение размеров структур. В-третьих, изображение может смещаться по отношению к реальному положению структуры», — поясняет профессор.

Отметим, исследование реализуется в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№18-42-700014 р_а). Работы проводились совместно с коллегами из Хемницкого технического университета (Германия) и Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук.


Источники

Ученые ТПУ выяснили, как структура поверхности влияет на точность наноизображений
Томский политехнический университет (tpu.ru), 11/10/2019

Похожие новости

  • 06/02/2019

    Ученые ТГУ изготовят детекторы для новосибирского «СКИФа»

    ​В ТГУ прошла рабочая встреча с сотрудниками Института ядерной физики им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН). Представители научных организаций обсудили сотрудничество в разработке детекторов для новосибирского Центра коллективного пользования «СКИФ», а также совместные образовательные программы по подготовке специалистов для работы на синхротроне.
    608
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    925
  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    205
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    900
  • 31/10/2016

    Сибирский ученый представил результаты исследований на конференции по когерентной и нелинейной оптике

    ​С каждым годом учёные приближаются к созданию квантового компьютера, в том числе и специалисты из Новосибирского государственного университета и Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН. Результаты последних достижений новосибирских физиков в области создания квантового компьютера были представлены на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2016, которая прошла в Минске.
    2554
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    358
  • 23/04/2019

    Лауреат премии «Глобальная энергия» Сергей Алексеенко возглавил центр «Экоэнергетика 4.0» в ТПУ

    В Томском политехническом университете (ТПУ) создан Научно-образовательный центр «Экоэнергетика 4.0». В нем исследователи разрабатывают технологии по «превращению» низкосортного угля, отходов агропромышленного комплекса и деревообработки в экологичный источник тепла и электричества.
    597
  • 17/09/2019

    Разработана концепция гибридного реактора на основе плазменной открытой ловушки

    ​Специалисты трех российских институтов (Российский Федеральный Ядерный Центр – Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина - РФЯЦ-ВНИИТФ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет​ – ТПУ; Институт ядерной физики им.
    422
  • 29/11/2016

    Новосибирские ученые будут сотрудничать с Севастопольским государственным университетом

    ​В сотрудничестве с Севастопольским государственным университетом в сфере энергоэффективности заинтересованы крупные предприятия энергетической отрасли.  С представителями власти, науки и промышленности Сибирского региона встретился профессор кафедры «Возобновляемые источники энергии» Института ядерной энергии и промышленности СевГУ Владимир Сафронов на XII Новосибирском инновационно-инвестиционном форуме по направлению «Инновационная энергетика».
    1578
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые в составе международной группы по-новому объяснили левитацию капель над горячими поверхностями

    ​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.
    1298