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在纳米尺度下操纵光

2019-06-10 文章来源:实验帮(译) 阅读原文

利用聚焦离子束技术,通过对金针尖端的纳米处理,实现了对扫描隧道显微镜结中纳米尺度光的操控。德国柏林Fritz-Haber研究所的研究人员证,纳米级等离子结中的“纳米光”光谱可以通过等离子Fabry-Pérot尖端进行调(“Near-Field Manipulation in a Scanning Tunneling Microscope Junction with Plasmonic Fabry-Pérot Tips”)。

纳米光的精确控与纳米成像和光谱学研究纳米材料和单分子的结构、动力学、光电性能有着重要的关系。 

通过隧穿电子(e-)在扫描隧道显微镜结中激发具有等离子体Fabry-Pérot 尖端纳米光(局域表面等离子体)。发射光(hv)显示了由轴上传播的表面等离子激元Fabry-Pérot干扰产生的调光谱。 

  

(图片来源:Kumagai Takashi)

 

光学显微镜和光谱学的空间分辨率取决于光在空间中的限程度,由于衍射极限的限,光在空间中的限程度通常最多只能限在半微米左右。然而,通过激发局域表面等离子体共振(LSPR),利用金属纳米结构可以将光限在纳米尺度上。 

在尖锐的金属尖端拥有这样的“纳米光”特别有用,因为它可以用于扫描隧道发光(STL)和散射型扫描近场光学显微镜(S-SNOM),执行纳米级成像和光谱分析,以观察纳米材料甚至单个分子。 

然而,在纳米结中精确操纵纳米光仍然是一个突出的问题。由于纳米光(LSPR)的性质是由尖端的纳米结构决定的,因此其操作需要纳米级的精细加工技术。 

此外,由于电磁场的强增强效应,限在纳米腔中的纳米光是非常重要的,这使得超灵敏的纳米成像和光谱技术成为可能。 

柏林Fritz-Haber研究所由Kumagai博士领导的一个研究小组,现在证通过使用聚焦离子束(FIB)研磨技术精确地塑造等离子体金尖端,可以实现纳米光谱的操控。

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作为一个示例,他们作了一个非常尖锐的尖端,轴上有一个凹槽,如扫描电子显微镜片所示。利用扫描隧道显微镜结合电子光谱和光学光谱的STL方法,研究了纳米光受限于由凹槽尖端和原子级平面银表面形成的纳米空腔中的光谱响应。 

当在电动力学模拟中观察到驻波的形成时,带槽尖端的STML光谱表现出由尖端轴上表面等离子激元(SPP)Fabry-Pérot干涉引起的特征调。

 

(图片来源:Takashi Kumagai)

 

实验结果与模拟:(a)金FIB尖端的扫描电镜图像。在距离顶点一定距离(L)处形成单个凹槽(b)STL测量示意图。处形成一个单槽。光发射(hv)是通过隧道电子(e-)在结中激发LSPR而产生的。(c)通过FIB尖端获得的STL光谱。对有凹槽的尖端进行了光谱调,振荡周期取决于凹槽距离。(d)有凹槽的FIB尖端二维电场映射的电动力学模拟。在尖轴上出现SPP。 

光谱调可通过轴上的凹槽位置精确控。他们还证了,通过优化整体尖端形状,可以改善SPP Fabry-Pérot 干涉。 

这项工作显示了将扫描探针技术与利用FIB备等离子体尖端的纳米技术相结合的巨大潜力,以研究纳米空腔中纳米光和光-物质相互作用的性质,这是等离子体和纳米光学的一个重要前沿。 

此外,FIB造的等离子体探针一般适用于散射型扫描近场光学显微镜技术,从而为高精度的纳米成像和光谱技术铺平了道路。 

此外,等离子体尖端强近场的光谱控为实现低能量电子显微镜和全息相技术的相干激光触发电子点源开辟了新的机遇。 

原文:https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52936.php 

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