Исследователи НИТУ МИСИС разработали более точную методику микроволновой микроскопии, перспективную для изучения структуры и состава полупроводников, магнетиков и органических материалов, например структуры молекул ДНК. Также можно исследовать паразитные двухуровневые системы в подложках, на которых размещены сверхпроводниковые квантовые биты. Классическим способом можно измерять электродинамические характеристики различных веществ без повреждения образца. Но техника зачастую выдаёт помехи. Учёным удалось преобразовать их в полезный сигнал. С помощью нового источника сигнала микроскоп может точнее различать похожие по составу материалы, чем это было возможно в традиционном методе.
Работоспособность традиционной методики, где полезным является сигнал, отраженный от открытого конца микроволнового копланара, т.е. области чувствительности, зависит от эффективного подавления паразитного сигнала в линии — щелевой моды, которая искажает отраженный сигнал. Обычно подавление производится установкой металлического мостика, уравновешивающего потенциалы земель копланара и подавляющего паразитную моду. Исследователи НИТУ МИСИС преобразовали эту помеху в новый полезный сигнал, захватив уравновешивающий ток в мостике, который позволил отличить тонкоплёночную структуру со слабым контрастом от диэлектрической подложки с точностью 98,7%.
«Ближнепольная СВЧ-микроскопия — это один из важнейших инструментов для измерения электродинамических свойств веществ в диапазоне микроволновых частот. С помощью устройства можно исследовать не только поверхность, но и объем неметаллических образцов. Этот вид микроскопии позволяет изучать распределение электромагнитных параметров в определенной части материала, при этом не повреждая структуру или состав образца», — рассказал инженер Дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Павел Гладилович.
Для демонстрации возможностей новой методики использовалась тонкая плёнка гранулированного алюминия на подложке из сапфира. Исследование проводилось на базе лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС. Подробные результаты описаны в научном журнале AIP Advances (Q2).
«Этот метод микроскопии используется во многих сферах, позволяя изучать состав полупроводников, доменные структуры магнетиков, свойства сверхпроводящих материалов и органических, таких как молекулы ДНК. Ещё одним способом применения ближнепольного СВЧ-микроскопа может стать исследование паразитных двухуровневых систем в подложках, на которых размещены сверхпроводниковые квантовые биты (кубиты). Мы живем в эру шумных квантовых вычислений среднего масштаба (NISQ), так как состояния современных кубитов имеют ограниченное время жизни, обусловленное различными каналами потерь. Изучение "злейшего врага" кубитов — двухуровневых систем — является крайне важной и амбициозной задачей», — отметил ведущий инженер Дизайн-центра квантового проектирования НИТУ МИСИС Андрей Саблук.
В дальнейших исследованиях ученые планируют усовершенствовать систему трехмерного сканирования образцов, а также масштабировать новую методику для исследования структур с рекордным разрешением.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 21-72-30026.