Новосибирские исследователи предложили инновационный подход к анализу химического состава тончайших пленок и наночастиц, который позволяет получать результаты с высокой точностью и минимальным повреждением образца. Работа, выполненная в Сибирском государственном университете геосистем и технологий, открывает новые возможности для микроэлектроники, нанотехнологий и материаловедения.
Перед наукой и промышленностью давно стоит сложная задача: как точно определить состав вещества, когда его количество исчезающе мало — например, в виде тонкой пленки толщиной в сотни нанометров или отдельных наночастиц. Традиционные методы анализа с помощью лазерной искры, при которой вещество превращается в плазму и исследуется по спектру его свечения, в таких случаях часто дают сбои. Лазер может повредить и сам образец, и подложку, на которой он находится, а в спектре появляются помехи от посторонних веществ, что снижает точность анализа.
Ученые нашли остроумное решение, объединив лазерно-искровую спектрометрию с физическим явлением, известным как полное внутреннее отражение. Суть метода заключается в том, что лазерный луч направляется не прямо на образец, а изнутри прозрачной подложки, на которой тот находится. Луч падает на границу раздела под таким углом, что полностью отражается обратно в подложку, но при этом создает так называемую затухающую волну, которая «вырывается» наружу на очень короткое расстояние — как раз того же порядка, что и толщина исследуемой тонкой пленки.
Эта крошечная порция энергии достаточна, чтобы превратить в плазму только частицы самого образца на поверхности, не затрагивая и не повреждая саму подложку. В результате спектр получается намного «чище», так как в нем практически отсутствуют сигналы от материала подложки, которые в стандартных методах маскируют полезный сигнал.
Эксперименты, проведенные командой, блестяще подтвердили эффективность подхода. При анализе тонкой алюминиевой пленки на стекле традиционный метод давал спектр, где сигнал от стекла был гораздо ярче, чем от алюминия. Когда же использовалась схема с полным внутренним отражением, картина кардинально менялась: на спектре четко и ярко видны были линии алюминия, а фон от подложки становился минимальным. Это резко повысило соотношение «сигнал/шум» — ключевой параметр, определяющий точность и надежность анализа.
Разработанный метод особенно перспективен для контроля качества в производстве микрочипов, анализа функциональных покрытий и наноматериалов, где количество вещества для анализа крайне мало, а точность и отсутствие повреждений критически важны. Эта работа — важный шаг в создании нового поколения аналитических приборов, которые позволят заглянуть в мир наноразмеров с беспрецедентной точностью.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник СГУГиТ»
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
