Tsukuba Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, iki boyutlu katmanlı malzemelerin yüzeylerine yakın elektrik alanlarını femtosaniye zamansal ve nanometre uzaysal çözünürlükle başarıyla ölçtüler. Atomik kuvvet mikroskobu içinde bir prob olarak nitrojen boşluğu merkezi içeren bir elmas (kafes kusuru) kullandılar ve atomik ölçekte uzamsal kesinlik sağladılar.
Nitrojen bir elmas kristaline bir yabancı madde olarak dahil edildiğinde, komşu bir karbon atomunun yokluğu bir nitrojen-boşluk (NV) merkezi oluşturur. Elmas içeren NV merkezlerine bir elektrik alanı uygulamak, elektro-optik (EO) etkisi olarak bilinen bir olgu olan kırılma indeksini değiştirir. Bu etkinin yalnızca saf elmasta gözlemlenmemesi dikkat çekicidir.
Önceki çalışmada araştırma ekibi, yüksek saflıkta elmas içeren NV merkezlerinde EO etkisini ölçerek elmastaki kafes titreşimlerini yüksek hassasiyetle tespit etmek için bir femtosaniye lazer kullanmıştı. Bu sonuçlar, elmasın ultra hızlı bir EO kristali gibi davranabileceğini ve elektrik alanlarını ölçmek için elmas NV probu olarak adlandırılan bir prob görevi görebileceğini gösterdi.
Yayınlanan yeni çalışma için Doğa İletişimiAraştırmacılar, femtosaniye zamansal ve nanometre uzaysal çözünürlükle yerel elektrik alan dinamiklerini ölçebilen bir uzay-zaman mikroskobu geliştirmek için elmas NV merkezlerinin ultra hızlı EO etkisini atomik kuvvet mikroskobu ile birleştirdi.
Bu yaklaşımı kullanarak, zamansal ve uzaysal çözünürlükleri 100 fs ve 500 nm’den daha iyi olan, iki boyutlu katmanlı bir malzeme olan tungsten diselenid (WSe₂) örneğinin yüzeyine yakın elektrik alanlarını başarıyla tespit ettiler.
NV merkezinin dönüş durumlarına ve termal dalgalanmalara karşı duyarlılığı nedeniyle, bu elmas bazlı prob yalnızca elektrik alanı tespiti için değil aynı zamanda nano ölçekli manyetik ve termal algılama için de potansiyel barındırıyor.
