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在扫描隧道显微镜连接处的纳米腔中操纵纳米级光

2019-07-01 10:35:37国外科研

通过使用聚焦离子束技术纳米加工金尖端来实现在扫描隧道显微镜连接处操纵纳米级光。德国柏林Fritz-Haber研究所的研究人员证明,纳米级等离子体结中的纳米光谱可以用等离子体法布里 - 珀罗尖端调制。纳米光的精确控制与纳米级成像和光谱学关键相关,以研究纳米材料和单分子的结构,动力学和光电性质。

光学显微镜和光谱学的空间分辨率取决于可以将光限制在空间中的程度,由于衍射极限,通常将光限制在大约半微米。然而,通过激发局部表面等离子体共振(LSPR),通过使用金属纳米结构,可以将光限制在纳米级。在尖锐的金属尖端具有这样的纳米特性是特别有用的,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学,以观察纳米材料甚至单个分子。然而,纳米级连接中纳米光的精确操作仍然是一个突出的问题。由于纳米光(LSPR)的性质由尖端的纳米级结构决定,因此其操作需要纳米尺度的精细加工技术。此外,由于电磁场的强烈增强效应,纳米光被限制在纳米腔中是至关重要的,这使得能够进行超灵敏的纳米级成像和光谱学。

由Takashi Kumagai博士领导的柏林Fritz-Haber研究所的一个研究小组现在证明,通过使用聚焦离子束(FIB)铣削技术精确地成形等离子体金尖端,可以实现对纳米光谱的操纵。作为示例性演示,如扫描电子显微镜照片中所示,它们产生非常尖锐的尖端,在其轴上具有单个凹槽。通过使用STL(即使用扫描隧道显微镜的电子和光学光谱的组合)研究了由沟槽尖端和原子级平坦的银表面形成的纳米腔中的纳米光谱的光谱响应。

光谱调制可以通过轴上的凹槽位置精确控制。他们还证明了通过优化整体尖端形状可以改善SPP Fabry-Pérot干涉。

这项工作显示了扫描探针技术和使用FIB的等离子体尖端纳米制造相结合的巨大潜力,以研究纳米腔中纳米光和光物质相互作用的性质,纳米腔是等离子体和纳米光学的重要前沿。此外,FIB制造的等离子体尖端通常适用于s-SNOM技术,从而为高精度的纳米级成像和光谱学铺平了道路。此外,光谱控制等离子体顶点强烈的近场 这些技巧可能为实现低能电子显微镜和全息技术的相干激光触发电子点源开辟了新的机会。