Las ondas evanescentes son ondas electromagnéticas de corta duración que no transmiten energía, algo así como ondas en la superficie de un material. Pueden generarse cuando la luz interactúa con una superficie, pero también pueden generarse térmicamente. Toda la materia contiene energía y emite calor, y las fluctuaciones de temperatura localizadas en la materia pueden crear poderosas ondas efímeras. La clave de esta nueva y potente forma de microscopía, desarrollada por investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio, reside en la detección pasiva de estas ondas.

“La microscopía óptica de barrido de campo cercano, que utiliza radiación electromagnética dispersa, es una de las técnicas más utilizadas para investigar las propiedades de los materiales a nanoescala”, explica el autor principal, Ryoko Sakuma. Utilizando longitudes de onda infrarrojas térmicas, el equipo puede observar detalles que no pueden detectarse por otros medios. “Nuestra nueva tecnología utiliza la detección pasiva de la radiación emitida por el propio objeto, por lo que la superficie no necesita ninguna iluminación”.

Utilizando un prototipo del instrumento, los investigadores examinaron longitudes de onda excitadas térmicamente generadas en dos materiales dieléctricos: nitruro de aluminio y nitruro de galio. La débil dispersión, que no se esperaba, se puede observar en una banda de absorción llamada banda de restraleno. Esta es la primera vez que se observa un fenómeno de este tipo sin exposición a la luz. Es importante destacar que su análisis espectroscópico mostró que sólo las ondas de polaritones (es decir, ondas causadas por resonancias de fonones superficiales) están presentes en la banda restringida, a pesar de las predicciones teóricas de que estas ondas de polaritones estarían acompañadas de una gran cantidad de fluctuaciones térmicas. Estos resultados nos ayudan a comprender las longitudes de onda excitadas térmicamente en este rango y sientan las bases para un modelo de detección pasiva mejorado para identificar materiales dieléctricos.

El equipo tiene muchas ganas de seguir desarrollando esta tecnología. “Nuestro instrumento es el único en el mundo capaz de observar distribuciones de temperatura a nanoescala en superficies utilizando longitudes de onda de terahercios”. El autor principal, Yusuke Kajihara, explica. El rango de longitud de onda de los terahercios comienza en el infrarrojo medio, aproximadamente a 10 micrómetros, y se extiende hasta 1 mm. Como prototipo, mejorar el funcionamiento de la herramienta es uno de los principales objetivos actuales. “Esta tecnología de microscopio es bastante nueva, por lo que todavía estamos aprendiendo específicamente cómo y dónde se puede aplicar”, añade Kajihara.

El equipo tiene la intención de mejorar la herramienta prototipo y mejorar el funcionamiento de la tecnología. Su siguiente paso es desarrollar un modelo de detección mejorado. El objetivo es una mayor versatilidad, lo que conducirá a una técnica de caracterización nueva, robusta y no destructiva, que permita un análisis altamente localizado de la dinámica de la superficie de un material.