Memvisualisasikan Transportasi Suhu: Teknik Tak Terduga untuk Karakterisasi Skala Nano

  • Whatsapp


Sifat transpor termal dari sambungan molekuler dalam bahan tetap sulit untuk dikarakterisasi. Sekarang, para peneliti dari Institut Teknologi Tokyo (Tokyo Tech) secara tak terduga menemukan kombinasi teknik mikroskop termal kontak dan non-kontak yang dapat digunakan untuk menyelidiki sifat transportasi termal pada skala nano. Dengan itu, mereka memperoleh, untuk pertama kalinya, gambar termal berkualitas tinggi dari lapisan tunggal molekul organik kecil yang dirakit sendiri. Pendekatan mereka akan membuka jalan untuk karakterisasi termal dan topografi yang lebih baik dari bahan skala nano.

Gambar: Fujii, dkk. (2021)

Saat perangkat terus menyusut, tantangan baru dalam pengukuran dan desain muncul dengan sendirinya. Untuk perangkat berdasarkan sambungan molekul, di mana molekul tunggal terikat pada logam atau semikonduktor, kami memiliki berbagai teknik untuk mempelajari dan mengkarakterisasi sifat transpor listriknya. Sebaliknya, menyelidiki sifat transpor termal dari persimpangan semacam itu pada skala nano telah terbukti lebih menantang, dan banyak fenomena kuantum terkait suhu di dalamnya tetap kurang dipahami.

Dalam beberapa penelitian, para ilmuwan berhasil mengukur sifat transpor termal di persimpangan molekul pada skala nano menggunakan teknik yang disebut pemindaian mikroskop termal (SThM). Metode ini melibatkan menempatkan ujung logam yang sangat tajam dalam kontak dengan bahan target dan menggerakkan ujung ini ke seluruh permukaan bahan. Ujungnya, yang dipanaskan dari belakang menggunakan laser, berisi termokopel. Perangkat kecil ini mengukur perbedaan suhu dan karenanya, dengan menyeimbangkan pemanasan ujung yang disebabkan oleh laser dengan pendinginan ujung yang disebabkan oleh panas yang mengalir ke sampel target, menjadi mungkin untuk mengukur karakteristik transportasi termal material titik demi titik.

>Dalam sebuah penelitian terbaru yang diterbitkan di Jurnal American Chemical Society, para ilmuwan dari Tokyo Tech melaporkan temuan kebetulan namun penting saat menggunakan SThM. Tim menggunakan teknik SThM untuk mengukur sifat transpor termal dari lapisan tunggal rakitan sendiri (SAM). Sampel-sampel ini berisi garis-garis bergantian dari masing-masing dari tiga kemungkinan pasangan antara n-Hexadecanethiol, n-Butanethiol, dan Benzenethiol. Selain menggunakan pendekatan SThM berbasis kontak standar, para peneliti juga mencoba menggunakan rezim non-kontak, di mana ujung mikroskop termal pemindaian disimpan di atas sampel tanpa menyentuhnya. Tanpa diduga, mereka menyadari bahwa rezim non-kontak ini memiliki potensi yang serius.

Dalam rezim kontak SThM, panas mengalir langsung dari ujung ke sampel. Sebaliknya, dalam rezim SThM non-kontak, satu-satunya perpindahan panas antara ujung dan sampel terjadi melalui radiasi panas. Seperti yang ditemukan tim melalui eksperimen, sementara rezim kontak paling baik untuk memvisualisasikan karakteristik transpor termal, rezim non-kontak jauh lebih sensitif terhadap panjang sebenarnya dari molekul yang ‘mencuat’ dari substrat. Dengan demikian, kombinasi rezim non-kontak dan kontak menyediakan cara baru untuk membuat gambar transportasi topografi dan termal sampel secara bersamaan.

Selain itu, pendekatan non-kontak memiliki keunggulan dibandingkan teknik mikroskopi mapan lainnya, seperti yang dijelaskan oleh Associate Professor Shintaro Fujii, penulis utama makalah ini: “Pendekatan SThM non-kontak sepenuhnya tidak merusak, tidak seperti teknik lain seperti gaya atom. mikroskop, yang memang membutuhkan kontak antara ujung pemindaian dan sampel dan dengan demikian memiliki dampak mekanis yang dapat merusak bahan organik lunak.”

Secara keseluruhan, wawasan yang diberikan oleh penelitian ini akan membuka jalan menuju kemajuan teknologi baru dan pemahaman materi yang lebih dalam pada skala nano. “Pekerjaan kami tidak hanya yang pertama menyediakan gambar termal SAM organik, tetapi juga menyediakan teknik baru untuk menyelidiki sifat transportasi termal, yang akan penting untuk manajemen termal di berbagai jenis perangkat nano,” simpul Fujii.

Mari kita berharap karya ini membantu para ilmuwan menjelaskan banyak misteri fenomena termal.

Referensi:

Shintaro Fujii, dkk. “Visualisasi Sifat Transpor Termal dari Lapisan Tunggal Rakitan Sendiri pada Au (111) dengan Mikroskop Termal Pemindaian Kontak dan Nonkontak“. Jurnal American Chemical Society 143,44 (2021): 18777-18783.

Sumber: Institut Teknologi Tokyo




Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar Anda diproses.