Mikroskopi tingkat lanjut
Mikroskopi nonlinear pada bahan padat
Mikroskopi optik nonlinear menjadi alat kuat untuk meneliti bahan padat.
Pengantar produk
Apa itu mikroskopi nonlinear pada bahan padat?
Teknik mikroskopi optik nonlinear telah menjadi alat yang kuat untuk meneliti bahan padat, memungkinkan pencitraan dan spektroskopi beresolusi tinggi tanpa label di luar kemampuan metode linear. Mikroskopi fotoluminesensi multifoton (MPPL) memberikan wawasan tentang dinamika pembawa, cacat, dan rekombinasi melalui eksitasi nonlinear fluoresensi. Mikroskopi pembangkitan harmonik kedua dan ketiga (SHG, THG) menawarkan kontras berdasarkan simetri struktural dan antarmuka. Teknik tambahan seperti pencampuran empat gelombang (FWM) memungkinkan kajian interaksi elektronik ultracepat, sedangkan hamburan Raman anti-Stokes koheren (CARS) dan hamburan Raman terstimulasi (SRS) terutama berguna untuk pencitraan getaran molekul pada bahan organik dan hibrida, di mana komposisi kimia memainkan peran kunci.
Mikroskopi fotoluminesensi
Mikroskopi fotoluminesensi dua foton didasarkan pada efek optik nonlinear, di mana dua foton berenergi lebih rendah diserap hampir bersamaan untuk mengeksitasi bahan. Meskipun banyak dipakai dalam pencitraan biologis karena kemampuannya memvisualisasikan jaringan dalam dengan kerusakan minimal, penerapannya pada bahan padat juga semakin luas. Dalam konteks ini, mikroskopi multifoton menawarkan alat yang berharga untuk mempelajari struktur berlapis dan heterojungsi, serta memberikan wawasan terselesaikan secara spasial tentang antarmuka terkubur, keadaan cacat, atau bahkan dinamika pembawa muatan.
Mikroskopi harmonik
Mikroskopi SHG dan THG adalah fenomena optik nonlinear yang memungkinkan pencitraan beresolusi tinggi tanpa label terhadap simetri kristal, antarmuka, dan dinamika ultracepat pada bahan padat. Pada SHG, cahaya koheren pada frekuensi ω berinteraksi dengan bahan non-sentrosimetrik, sehingga memancarkan cahaya pada dua kali frekuensi semula (2ω). Mikroskopi SHG menawarkan resolusi aksial dan lateral yang tinggi karena sifat koherennya, yang bergantung pada kuadrat intensitas medan listrik, dan hanya terjadi pada bahan dengan simetri inversi yang patah. Pada THG, cahaya pada frekuensi ω menghasilkan sinyal koheren pada 3ω, biasanya pada antarmuka atau di wilayah dengan variasi indeks bias. Berbeda dengan SHG, THG dapat dihasilkan baik pada bahan sentrosimetrik maupun nonsentrosimetrik, sehingga lebih serbaguna untuk rentang bahan 2D yang lebih luas. Mikroskopi SHG dan THG semakin diterapkan pada perovskit, bahan van der Waals, dan heterostruktur untuk meneliti antarmuka terkubur, domain feroelektrik, fase terinduksi regangan, resonansi eksitonik, dan dinamika spin–polarisasi.
Contoh SHG dan THG yang dilaporkan
Mikroskopi SHG telah dipakai untuk memvisualisasikan domain feroelektrik terinduksi elektrik dan keadaan kiral yang menunjukkan dikroisme sirkular SHG yang dapat dialihkan pada perovskit halida timbal Ruddlesden–Popper 2D, menyingkap pematahan simetri yang dapat disetel medan pada bahan feroelektrik akiral. Pencitraan SHG terselesaikan polarisasi telah disajikan sebagai teknik seluruhnya optik untuk memetakan regangan pada lapisan tunggal WS₂ yang diletakkan di atas sumur silindris, dengan kepekaan terhadap deformasi mekanis pada bahan 2D. Mikroskopi THG telah dipakai untuk meneliti anisotropi dalam bidang serpihan timah(II) sulfida (SnS) yang sangat tipis, menyingkap respons optik nonlinear yang bergantung orientasi; THG terselesaikan polarisasi memetakan simetri kristal dan menyoroti potensinya untuk penerapan optoelektronik.
Mikroskopi pencampuran empat gelombang
Mikroskopi FWM telah menjadi teknik pencitraan ultracepat yang kuat untuk mempelajari eksiton dan kuasipartikel lain pada bahan padat. Dengan mengarahkan beberapa pulsa laser femtosekon ke suatu sampel dan mendeteksi sinyal koheren yang dihasilkan, mikroskopi FWM menangkap proses cepat dengan resolusi spasial tinggi. Teknik ini terutama efektif untuk meneliti semikonduktor 2D, heterostruktur, dan perovskit hibrida, di mana perbedaan lokal yang kecil, seperti tegangan mekanis yang tidak merata, cacat, atau ikatan lemah antarlapisan, dapat memengaruhi secara signifikan cara bahan berinteraksi dengan cahaya.
Mikroskopi Raman
Teknik mikroskopi Raman koheren seperti CARS dan SRS memungkinkan pencitraan bahan padat yang spesifik secara kimia dan tanpa label dengan resolusi submikron. Dengan memanfaatkan interaksi optik nonlinear, teknik ini menyingkap sebaran spasial moda getaran, sehingga menjadi alat yang berharga untuk meneliti kemurnian fase, orientasi molekul, dan dinamika kisi ultracepat pada sistem kristalin. Mikroskopi CARS dan SRS telah diterapkan pada kristal organik, perovskit hibrida, dan farmasi padat untuk memvisualisasikan polimorf, struktur domain, dan heterogenitas getaran.
