المجهر المتقدم
المجهر اللاخطي في المواد الصلبة
أصبح المجهر البصري اللاخطي أداة قوية لدراسة المواد الصلبة.
مقدمة المنتج
ما هو المجهر اللاخطي في المواد الصلبة؟
أصبحت تقنيات المجهر البصري اللاخطي أدوات قوية لدراسة المواد الصلبة، إذ تتيح تصويرًا وتحليلًا طيفيًا عالي الدقة وبلا واسم يتجاوز قدرات الطرق الخطية. يوفّر مجهر التلألؤ الضوئي متعدد الفوتونات (MPPL) نظرة إلى ديناميكا الحاملات والعيوب وإعادة الاتحاد عبر الإثارة اللاخطية للتألق. ويقدّم مجهر توليد التوافقية الثانية والثالثة (SHG، THG) تباينًا قائمًا على التناظر البنيوي والسطوح البينية. وتمكّن تقنيات إضافية مثل المزج رباعي الموجات (FWM) من دراسة التفاعلات الإلكترونية فائقة السرعة، في حين تُفيد استطارة رامان المتماسكة المضادة لستوكس (CARS) واستطارة رامان المحفَّزة (SRS) بوجه خاص في تصوير الاهتزازات الجزيئية في المواد العضوية والهجينة، حيث يؤدي التركيب الكيميائي دورًا أساسيًا.
مجهر التلألؤ الضوئي
يقوم مجهر التلألؤ الضوئي بفوتونين على أثر بصري لاخطي، حيث يُمتص فوتونان أقل طاقة شبه تزامنيًا لإثارة المادة. ورغم استخدامه الواسع في التصوير البيولوجي لقدرته على إظهار الأنسجة العميقة بأقل ضرر، فإن تطبيقه في المواد الصلبة يتوسع أيضًا. وفي هذا السياق يقدّم المجهر متعدد الفوتونات أداة قيّمة لدراسة البنى الطبقية والوصلات المتغايرة، موفّرًا رؤى محلولة مكانيًا عن السطوح البينية المدفونة أو حالات العيوب أو حتى ديناميكا حاملات الشحنة.
مجهر التوافقيات
مجهر SHG وTHG ظاهرتان بصريتان لاخطيتان تتيحان تصويرًا عالي الدقة وبلا واسم لتناظر البلورة والسطوح البينية والديناميكا فائقة السرعة في المواد الصلبة. في SHG يتفاعل ضوء متماسك بتردد ω مع مادة غير مركزية التناظر، فينبعث ضوء بضعف التردد الأصلي (2ω). ويوفّر مجهر SHG دقة محورية وجانبية عالية بفضل طبيعته المتماسكة التي تعتمد على مربع شدّة المجال الكهربائي، ولا يحدث إلا في المواد ذات تناظر الانقلاب المكسور. وفي THG ينتج ضوء بتردد ω إشارة متماسكة عند 3ω، عادة عند السطوح البينية أو في مناطق تتغيّر فيها قرينة الانكسار. وخلافًا لـ SHG يمكن توليد THG في المواد مركزية التناظر وغير مركزية التناظر معًا، فهو أكثر مرونة لنطاق أوسع من المواد ثنائية الأبعاد. ويُطبَّق مجهر SHG وTHG على نحو متزايد على البيروفسكايت ومواد فان دير فالس والبنى المتغايرة لدراسة السطوح البينية المدفونة والنطاقات الحديدية الكهربائية والأطوار المستحثة بالإجهاد والرنينات الإكسيتونية وديناميكا الاستقطاب اللفّي.
أمثلة منشورة لـ SHG وTHG
استُخدم مجهر SHG لتصوير النطاقات الحديدية الكهربائية المستحثة كهربائيًا والحالات اليدوانية التي أظهرت ازدواجًا لونيًا دائريًا قابلًا للتبديل في SHG في بيروفسكايت هاليدات الرصاص ثنائية الأبعاد من نوع Ruddlesden–Popper، كاشفًا كسر تناظر قابلًا للضبط بالحقل في مادة حديدية كهربائية لا يدوانية. وقد قُدِّم تصوير SHG المحلول استقطابيًا تقنيةً بصرية بالكامل لرسم خريطة الإجهاد في طبقة أحادية من WS₂ موضوعة فوق آبار أسطوانية، مع حساسية للتشوه الميكانيكي في المواد ثنائية الأبعاد. واستُخدم مجهر THG لدراسة التباين الاتجاهي في المستوي لرقائق كبريتيد القصدير(II) (SnS) فائقة الرقة، كاشفًا استجابات بصرية لاخطية تعتمد على الاتجاه؛ ورسم THG المحلول استقطابيًا تناظر البلورة وأبرز إمكاناته للتطبيقات الكهروضوئية.
مجهر المزج رباعي الموجات
أصبح مجهر FWM تقنية تصوير فائقة السرعة قوية لدراسة الإكسيتونات وأشباه الجسيمات الأخرى في المواد الصلبة. وبتوجيه نبضات ليزر فمتوثانية متعددة نحو عينة وكشف الإشارة المتماسكة الناتجة، يلتقط مجهر FWM العمليات السريعة بدقة مكانية عالية. وهو فعّال بوجه خاص في دراسة أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد والبنى المتغايرة والبيروفسكايت الهجين، حيث يمكن لفروق محلية صغيرة، مثل الإجهاد الميكانيكي غير المتكافئ أو العيوب أو الترابط الضعيف بين الطبقات، أن تؤثر تأثيرًا كبيرًا في كيفية تفاعل المادة مع الضوء.
مجهر رامان
تتيح تقنيات مجهر رامان المتماسك مثل CARS وSRS تصويرًا بلا واسم وذا تخصيص كيميائي للمواد الصلبة بدقة دون الميكرون. وباستغلال التفاعلات البصرية اللاخطية تكشف التوزيعات المكانية للأنماط الاهتزازية، فتصبح أدوات قيّمة لدراسة نقاء الطور والتوجه الجزيئي وديناميكا الشبكة فائقة السرعة في المنظومات البلورية. وقد طُبِّق مجهر CARS وSRS على البلورات العضوية والبيروفسكايت الهجين والمستحضرات الصيدلانية الصلبة لتصوير المتعددات الشكل وبنى النطاقات وعدم التجانس الاهتزازي.
