Microscopía avanzada
Microscopía no lineal en materiales sólidos
La microscopía óptica no lineal se ha vuelto una herramienta potente para sólidos.
Presentación del producto
¿Qué es la microscopía no lineal en sólidos?
Las técnicas de microscopía óptica no lineal se han convertido en herramientas potentes para investigar materiales en estado sólido, y permiten imagen y espectroscopia de alta resolución y sin marcadores más allá de las capacidades de los métodos lineales. La microscopía de fotoluminiscencia multifotónica (MPPL) aporta información sobre la dinámica de portadores, los defectos y la recombinación mediante la excitación no lineal de la fluorescencia. La microscopía de generación de segundo y tercer armónico (SHG, THG) ofrece contraste basado en la simetría estructural y las interfaces. Técnicas adicionales como la mezcla de cuatro ondas (FWM) permiten el estudio de interacciones electrónicas ultrarrápidas, mientras que la dispersión Raman anti-Stokes coherente (CARS) y la dispersión Raman estimulada (SRS) son especialmente útiles para obtener imágenes de vibraciones moleculares en materiales orgánicos e híbridos, donde la composición química desempeña un papel clave.
Microscopía de fotoluminiscencia
La microscopía de fotoluminiscencia de dos fotones se basa en un efecto de óptica no lineal, en el que dos fotones de menor energía se absorben de forma casi simultánea para excitar el material. Aunque se usa ampliamente en imagen biológica por su capacidad de visualizar tejido profundo con daño mínimo, su aplicación en materiales en estado sólido también se está ampliando. En este contexto, la microscopía multifotónica ofrece una herramienta valiosa para estudiar estructuras estratificadas y heterouniones, y proporciona información resuelta espacialmente sobre interfaces enterradas, estados de defecto o incluso la dinámica de portadores de carga.
Microscopía de armónicos
La microscopía SHG y THG corresponde a fenómenos de óptica no lineal que permiten imagen de alta resolución y sin marcadores de la simetría cristalina, las interfaces y la dinámica ultrarrápida en materiales en estado sólido. En SHG, luz coherente de frecuencia ω interactúa con un material no centrosimétrico, lo que da lugar a la emisión de luz al doble de la frecuencia original (2ω). La microscopía SHG ofrece alta resolución axial y lateral debido a su naturaleza coherente, que depende del cuadrado de la intensidad del campo eléctrico, y ocurre exclusivamente en materiales con simetría de inversión rota. En THG, luz de frecuencia ω produce una señal coherente a 3ω, típicamente en interfaces o en regiones con variaciones del índice de refracción. A diferencia de SHG, THG puede producirse tanto en materiales centrosimétricos como no centrosimétricos, por lo que es más versátil para un intervalo más amplio de materiales 2D. La microscopía SHG y THG se aplica cada vez más a perovskitas, materiales de van der Waals y heteroestructuras para estudiar interfaces enterradas, dominios ferroeléctricos, fases inducidas por deformación, resonancias excitónicas y la dinámica de spin–polarización.
Ejemplos publicados de SHG y THG
La microscopía SHG se ha usado para visualizar dominios ferroeléctricos inducidos eléctricamente y estados quirales que exhibieron dicroísmo circular SHG conmutable en perovskitas de halogenuros de plomo 2D de tipo Ruddlesden–Popper, lo que revela una ruptura de simetría sintonizable por campo en un material ferroeléctrico aquiral. La imagen SHG resuelta en polarización se ha presentado como una técnica totalmente óptica para mapear la deformación en una monocapa de WS₂ colocada sobre pozos cilíndricos, con sensibilidad a la deformación mecánica en materiales 2D. La microscopía THG se ha usado para estudiar la anisotropía en el plano de escamas ultradelgadas de sulfuro de estaño(II) (SnS), revelando respuestas ópticas no lineales dependientes de la orientación; la THG resuelta en polarización mapeó la simetría cristalina y subrayó su potencial para aplicaciones optoelectrónicas.
Microscopía de mezcla de cuatro ondas
La microscopía FWM se ha convertido en una potente técnica de imagen ultrarrápida para el estudio de excitones y otras cuasipartículas en materiales en estado sólido. Al dirigir múltiples pulsos láser de femtosegundo sobre una muestra y detectar la señal coherente resultante, la microscopía FWM captura procesos rápidos con alta resolución espacial. Es especialmente eficaz para investigar semiconductores 2D, heteroestructuras y perovskitas híbridas, donde pequeñas diferencias locales, como un esfuerzo mecánico desigual, defectos o un enlace débil entre capas, pueden afectar de forma significativa a cómo interactúa el material con la luz.
Microscopía Raman
Las técnicas de microscopía Raman coherente como CARS y SRS permiten imagen químicamente específica y sin marcadores de materiales en estado sólido con resolución submicrométrica. Al explotar interacciones de óptica no lineal, revelan las distribuciones espaciales de modos vibracionales, lo que las convierte en herramientas valiosas para estudiar la pureza de fase, la orientación molecular y la dinámica de red ultrarrápida en sistemas cristalinos. La microscopía CARS y SRS se ha aplicado a cristales orgánicos, perovskitas híbridas y fármacos en estado sólido para visualizar polimorfos, estructuras de dominios y heterogeneidad vibracional.
