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Science:納米范德瓦爾斯材料上的紅外雙曲變面研究

來源:QUANTUM量子科學儀器貿(mào)易(北京)有限公司   2018年04月10日 10:32  

    2018年2月,西班牙Rainer Hillenbrand教授在《Science》上發(fā)表了題為:Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials的全文文章,發(fā)現(xiàn)納米范德瓦爾斯材料上的紅外雙曲變面性,在紅外可變平臺設(shè)備的開發(fā)中取得重要進展。

    文章中Hillenbrand團隊用超高分辨散射式近場光學顯微鏡neaSNOM,對納米氮化硼薄膜表面進行了精細掃描。該類型薄膜表面般具有光學超表面性,同時可以支持深度亞波長尺度的聲子化激元。研究者在在這樣的納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過neaSNOM于10nm空間分辨率的光譜和近場光學圖像觀測到了發(fā)散化子束的不規(guī)則波前,如下圖所示。圖1 A為該項工作的原理示意,圖1 B為該結(jié)構(gòu)的形貌表征;圖1 C、D為近場強度信號在該結(jié)構(gòu)中的納米成像并分辨對應(yīng)HMS(實線)及hBN(虛線)結(jié)果。這些表征結(jié)果描述了hBN光柵功能面內(nèi)的HMS。

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圖1:散射式近場光學顯微鏡(neaSNOM)下聲子化激元在20納米的hBN-HMS的成像結(jié)果。C、D 即為近場強度信號在該結(jié)構(gòu)中的納米成像并分辨對應(yīng)HMS(實線)及hBN(虛線)結(jié)果。

    該工作在光學超表面光學性質(zhì)的研究,對于控制材料的等離子體化激元有著突出的意義,其中用到種*的相位和振幅信號分離技術(shù),這種技術(shù)是超高分辨散射式近場光學顯微鏡neaSNOM申請,如下圖,HMS-PHPs的波前成像結(jié)果顯示其發(fā)散化子束的不規(guī)則波前,是雙曲化子的重要征。近場增強和限制可以有效操縱交換表面發(fā)射的熱輻射。該項研究成果揭示了各向異性材料中化基元的不規(guī)則波前,與此同時,該類型納米結(jié)構(gòu)尺寸的范德華材料擁有異的雙曲線性質(zhì),使得紅外可變平臺設(shè)備的開發(fā)在未來的研究中將進步成為可能。

圖2:散射式近場光學顯微鏡(neaSNOM)下HMS-PHPs的波前成像結(jié)果。C中近場成像結(jié)果獲取于w = 1430 cm−1單色波長激發(fā)。 

   

 科普小知識

neaSNOM是德國neaspec公司推出的第三代散射式近場光學顯微鏡(簡稱s-SNOM),其采用了化的散射式核心設(shè)計技術(shù),大的提高了光學分辨率,并且不依賴于入射激光的波長,能夠在可見、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi),提供于10nm空間分辨率的光譜和近場光學圖像。由于其高度的可靠性和可重復性,neaSNOM業(yè)已成為納米光學域熱點研究方向的科研設(shè)備,在等離基元、納米FTIR和太赫茲等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。

 

 超高分辨成像技術(shù)的諸多點,你知道嗎?

♦  neaSNOM是目前上*成熟的s-SNOM成像產(chǎn)品

♦  保護的散射式近場光學測量技術(shù)——*的*10 nm空間分辨率

♦  的高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)——在獲得10nm空間分辨率的同時保持*的信噪比

♦  保護的干涉式近場信號探測單元

♦  的贗外差干涉式探測技術(shù)——能夠獲得對近場信號強度和相位的同步成像

♦  保護的反射式光學系統(tǒng) ——用于寬波長范圍的光源:可見、紅外以至太赫茲

♦  高穩(wěn)定性的AFM系統(tǒng),——同時化了納米尺度下光學測量 

♦  雙光束設(shè)計——*的光學接入角:水平方向180°,垂直方向60° 

♦  操作和樣品準備簡單 ——僅需要常規(guī)的AFM樣品準備過程

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