利用聚焦離子束技術(shù)，通過(guò)對(duì)金針尖的納米化處理，實(shí)現(xiàn)了掃描隧道顯微鏡結(jié)中納米尺度光的操縱。德國(guó)柏林Fritz-Haber研究所的研究人員證明，納米級(jí)等離子體結(jié)中的納米光光譜可以用等離子體法布里-珀羅尖端調(diào)制。

納米光學(xué)的精確控制對(duì)于研究納米材料和單分子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)和光電子特性具有重要的意義。光學(xué)顯微鏡和光譜學(xué)的空間分辨率是由一個(gè)人在空間中可以限制多少光來(lái)決定，由于衍射限制，通常最多只能限制在半微米左右。

然而，通過(guò)激發(fā)局域表面等離子體共振(LSPR)，利用金屬納米結(jié)構(gòu)可以將光限制在納米尺度內(nèi)。在鋒利金屬尖端有這樣的納米光是特別有用的，因?yàn)樗梢杂糜趻呙杷泶┌l(fā)光(STL)和散射型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(s-SNOM)進(jìn)行納米級(jí)成像和光譜學(xué)研究納米材料，甚至單分子。然而，在納米尺度結(jié)中對(duì)納米光的精確控制仍然是一個(gè)突出問(wèn)題。由于LSPR的性質(zhì)是由針尖的納米結(jié)構(gòu)決定，因此其操作需要在納米尺度上的精細(xì)加工技術(shù)。

此外，由于電磁場(chǎng)的強(qiáng)增強(qiáng)效應(yīng)，使超靈敏的納米成像和光譜學(xué)成為可能，因此納米光被限制在納米航空領(lǐng)域是非常重要。柏林Fritz-Haber研究所由熊谷隆博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)在證明，通過(guò)聚焦離子束(FIB)銑削技術(shù)精確地塑造等離子體金尖，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米光譜的操控。作為一個(gè)示范，他們生產(chǎn)了一個(gè)非常尖銳的尖端，其軸上有一個(gè)單一的溝槽，如圖所示的掃描電子顯微鏡圖片，利用掃描隧道顯微鏡，將電子光譜和光學(xué)光譜相結(jié)合的stl技術(shù)。

研究了在溝槽尖端形成納米尺度和原子平面銀表面形成納米尺度內(nèi)，納米光的光譜響應(yīng)。在電動(dòng)力學(xué)模擬中，隨著駐波形成的可視化，帶有溝槽尖端的STML光譜呈現(xiàn)出由尖端表面等離子體極化子(SPPs)法布里-珀羅干涉引起的特征調(diào)制。光譜線調(diào)制可由軸上的溝槽位置精確控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化針尖的整體形狀，可以改善SPP法布里-珀羅干涉。

這項(xiàng)研究顯示出將掃描探針技術(shù)與利用纖維束制備等離子體尖端相結(jié)合的巨大潛力，以研究納米光學(xué)中納米光與物質(zhì)相互作用的性質(zhì)，這是等離子體學(xué)和納米光學(xué)的一個(gè)重要前沿。此外，纖維制備的等離子體尖端普遍適用于s-SNOM技術(shù)，從而為納米級(jí)成像和光譜分析提供了高精度的方法。此外，等離子體尖端強(qiáng)近場(chǎng)的光譜控制為實(shí)現(xiàn)相干激光觸發(fā)電子點(diǎn)源提供了新機(jī)遇，可用于低能電子顯微鏡和全息技術(shù)。

博科園｜研究/來(lái)自：日本科學(xué)技術(shù)廳（JST）

參考期刊《納米快報(bào)》

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00558

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