半导体是现代能源、通信和无数其他技术的基础组成部分。几十年来，关于定制半导体底层纳米结构以优化器件性能的研究一直在进行。

现在，在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，筑波大学和合作伙伴UNISOKU Co.， Ltd.的研究人员开发了一种易于使用，时间分辨的扫描隧道显微镜(STM)，用于以高时间和空间分辨率测量纳米结构中电子的运动，这对于优化纳米结构性能非常宝贵。

流经半导体的电流及其性能取决于电荷载流子的动力学。这些动态可能非常快。例如，它们的动态速度可能比眨眼的毫秒范围快10亿倍以上。光学泵浦探针(OPP)STM是目前测量和成像半导体中这种动力学的最先进的基本方法。

然而，目前的测量和成像系统对于非专家来说过于复杂。数据采集和解释需要特殊技术。因此，易于操作和易用性是研究人员在这项研究中试图解决的问题。

“OPP STM是测量纳米结构中光生电荷载流子动力学的重要方法，但需要技术进步来满足超快观察需求，”资深作者Hidemi Shigekawa教授解释说。“我们对OPP STM的更新能够研究常见半导体材料中的超快载流子动力学。

研究人员报告了特别值得注意的技术，这些技术有助于优化开发系统的性能。他们引入了一种机制来电控制激光振荡以及泵浦和探针灯之间的延迟时间，并构建了一个稳定的光学系统。他们使用这种用户友好的系统来测量砷化镓表面上的超快电荷载流子动力学。

他们还成功地将他们的技术应用于将诸如台阶边缘和梯田等缺陷与电荷载流子动力学相关联。这种相关性部分是由于成像的高稳定性，这意味着它是在稳定的光斑位置进行的超过16小时。

“我们的工作在超快光通信技术和光催化等领域将是无价的，”研究人员说。“通过这种用户友好的方法将材料的底层纳米结构与相应的光电特性联系起来，将提供改善半导体器件功能所需的基础知识。

这项工作成功地扩展了OPP STM在研究半导体材料(如砷化镓)和低维材料的纳米结构-功能关系中的实用性。研究人员简单的实验设计将帮助各个领域的研究人员提高光电性能，例如用于超快光通信技术的集成电路和发光二极管。通过优化脉冲激光器的波长和时间宽度，可以进一步提高时间分辨OPP STM的性能，并有望取得实质性进展。