Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) провели глубокий анализ воздействия строения подложки на оптические сигналы при наноспектроскопических исследованиях. Им удалось обнаружить целый ряд артефактов, способных значительно влиять на достоверность получаемых наноизображений, сообщает пресс-служба университета.
Международный коллектив и актуальные разработки
Международная команда исследователей под руководством профессоров Рауля Родригеса и Евгении Шеремет активно развивает в ТПУ перспективное направление оптической наноспектроскопии. Параллельно ведутся работы по созданию инновационных плазмонных и сенсорных материалов для применения в биомедицине и электронике. Напомним, что профессор Шеремет недавно получила высокую награду — стала победительницей известного конкурса L'Oreal-UNESCO «Для женщин в науке», укрепив позиции политехников на мировой научной арене.
Методика зондово-усиленной рамановской спектроскопии
В основе проекта лежат методы нанооптики. Учёные используют специальные наноантенны, которые дают возможность исследовать отдельные наночастицы (например, нанотрубку или кластер) и их внутренние неоднородности. Эта передовая методика носит название зондово-усиленной рамановской спектроскопии: наноантенна размещается на зонде атомно-силового микроскопа для сканирования поверхности. Исследуемый образец облучается лазером, а рассеянный свет анализируется рамановским спектрометром.
Ключевое значение для оптимизации наноматериалов
Как отмечают авторы, этот метод крайне важен для совершенствования наноструктур при разработке солнечных батарей, светоизлучающих органических диодов, а также транзисторов (основы электроники). Он обеспечивает визуализацию химического состава, реакций и механических напряжений в ультрамалых областях.
Артефакты поверхностной структуры
Для достижения высокого разрешения (менее 10 нанометров) политехники применяют специальные подложки из золота или серебра с высокой отражающей способностью. Однако неровности поверхности такой подложки могут генерировать искажения изображения — артефакты. Основная задача проведенного исследования — детально выяснить, как подобные артефакты влияют на точность получаемой информации.
Уникальность подхода ТПУ
«Феномен артефактов наноспектроскопии освещался лишь в единичных работах зарубежных коллег, но с других ракурсов. Наше вклад заключается в комплексном изучении как выпуклых, так и вогнутых поверхностных форм, а также в оценке влияния особенностей конструкции самого зонда», — поясняет Евгения Шеремет.
Результаты эксперимента
Учёные проанализировали три модельные системы: золотую подложку с нанесенным слоем органического красителя (2-40 нм); кремниевую основу с золотистыми структурами и красителем; вогнутую поверхность из полистироловых сфер с металлическим (Au/Ag) покрытием и молекулами красителя. Этот подход позволил не только идентифицировать ранее неизвестные артефакты, но и получить гораздо более полное представление о процессах взаимодействия зонда с поверхностью.
Механизмы искажения и их значимость
«Зонд — это сверхострая игла. При сканировании мы условно "ощупываем" поверхность. Любое препятствие вызывает электромагнитное взаимодействие между наноантенной и подложкой, что искажает итоговое изображение. Как именно? Во-первых, интенсивность сигнала здесь зависит не столько от количества исследуемого вещества, как в классической микроскопии, сколько от особенностей поверхности, — разъясняет профессор Шеремет. — Во-вторых, артефакты провоцируют искажение размеров структур. В-третьих, возникает смещение положения изображения относительно реальной локализации объекта».
Научная кооперация и поддержка РФФИ
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований с активным участием учёных Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН и Хемницкого технического университета (Германия), подчеркивая важность научного партнерства.
Изображение: схема эксперимента © E. Sheremet et al.
Источник: scientificrussia.ru
