超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM

應(yīng)用案例

Science：石墨烯莫爾(moiré）超晶格納米光子晶體近場(chǎng)光學(xué)研究

納米近場(chǎng)成像對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究

蘇州大學(xué)Q.L. Bao教授等人在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換離子遷移行為和載流子濃度分布等領(lǐng)域作出了突出貢獻(xiàn)。2016年，發(fā)表在ACS Nano上的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換離子遷移行為的研究中，作者利用Neaspec公司的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡neaSNOM發(fā)現(xiàn)：1. 未施加外場(chǎng)電壓時(shí)， 該微納米線區(qū)域中載流子密度（圖1 g. s-SNOM振幅信號(hào)）和光折射率（圖1 g. s-SNOM相位信號(hào)）較均勻；2. 施加外場(chǎng)正電壓時(shí)，該區(qū)域中載流子密度隨I-離子（Br?）的遷移而向右移動(dòng)（圖1 h. s-SNOM振幅信號(hào)），其光折射率隨隨MA+離子（CH3NH3+）的遷移而向左移動(dòng)（圖1 g. s-SNOM相位信號(hào)）較均勻；3. 施加外場(chǎng)負(fù)壓時(shí)，情況正好與施加正電壓時(shí)相反（圖1 i）。該研究顯示弄清無(wú)機(jī)-有機(jī)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的離子遷移行為對(duì)于了解鈣鈦礦基的特殊光電行為具有重要意義，進(jìn)而為無(wú)機(jī)-有機(jī)鈣鈦礦材料的光電器件應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1.SNOM測(cè)量鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換的離子遷移行為。

d-f. 離子遷移測(cè)量示意圖；g-i，相應(yīng)的s-SNOM光學(xué)信號(hào)振幅和相位圖

2017年， Q.L. Bao教授等人發(fā)表在AdvanceMaterials的文章中再次利用Neaspec公司的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡neaSNOM，**在實(shí)驗(yàn)中研究了太陽(yáng)能電池表面鈣鈦礦納米粒子涂層的載流子密度。結(jié)果顯示：鈣鈦礦納米粒子覆蓋區(qū)域近場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度高于Si/SiO2區(qū)域中信號(hào)強(qiáng)度（參見(jiàn)下圖2 b; 圖2 a為對(duì)應(yīng)區(qū)域的形貌）。另外作者也研究了增加光照的時(shí)間的影響（參見(jiàn)下圖2 c， d）。其結(jié)果顯示：近場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度隨光照時(shí)間增加，從12.5 μV (黃色，0 min) 增加到 14.4 μV (紅色， 60 min)，該近場(chǎng)信號(hào)反映了可移動(dòng)自由載流子密度的變化。*終，紅外光neaSNOM研究結(jié)果證明：隨光照時(shí)間增加，太陽(yáng)能電池表面的鈣鈦礦納米粒子涂層富集和捕獲了大量的電子。

參考文獻(xiàn)：

1、Wang Y.H.; et. al. The Light-InducedField-Effect Solar Cell Concept - Perovskite Nanoparticle Coating IntroducesPolarization Enhancing Silicon Cell Efficiency. Advanced Material 2017， First published: 3 March 2017; DOI: 10.1002/adma.201606370.

2、Zhang Y.P.; et. al. Reversible StructuralSwell?Shrink and Recoverable Optical Properties in Hybrid Inorganic?OrganicPerovskite. ACS Nano 2016，10， 7031?7038.

絲纖蛋白電調(diào)控構(gòu)象轉(zhuǎn)變及其光刻應(yīng)用的納米紅外研究

中科院微系統(tǒng)所陶虎教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用neaspec公司的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（neaSNOM）高化學(xué)敏感和10 nm空間分辨的優(yōu)勢(shì)，在納米尺度近分子水平研究了電調(diào)控下絲蛋白中的多形態(tài)轉(zhuǎn)變。 該研究在納米尺度實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的探測(cè)，結(jié)合納米精度的電子束光刻技術(shù)能為我們?cè)诙S及三維尺度實(shí)現(xiàn)絲蛋白的結(jié)構(gòu)控制提供有力的方法；同時(shí)該工作為開(kāi)啟納米尺度的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究和探究蛋白質(zhì)電誘導(dǎo)構(gòu)象變化的臨界條件鋪平了道路；為未來(lái)設(shè)計(jì)基于蛋白質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)提了供新的規(guī)則。

參考文獻(xiàn)：

1. Nanoscale probing of electron regulated structural transitions in silk proteins by near field IR imaging and nano-spectroscopy， Nature Comm. 7:13079

2. Precise Protein Photolithography (P3): High Performance Biopatterning Using Silk Fibroin Light Chain as the Resist， Adv. Sci. 2017， 1700191

可調(diào)諧低損耗一維InAs納米線的表面等離激元研究

亞波長(zhǎng)下光的調(diào)控與操縱對(duì)縮小光電器件的體積、能耗、集成度以及響應(yīng)靈敏度有著重要意義。其中，外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下由電子集體振蕩形成的表面等離激元能將光局域在納米尺度空間中，是實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)光學(xué)傳播與調(diào)控的有效途徑之一。然而，表面等離激元技術(shù)應(yīng)用的*關(guān)鍵目標(biāo)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)：①高的空間局域性，②低的傳播損耗，③具有可調(diào)控性。但是，由于金屬表面等離激元空間局域性較小，在長(zhǎng)波段損耗較大且無(wú)法電學(xué)調(diào)控限制了其實(shí)用化。

由中科院物理所和北京大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了砷化銦（InAs）納米線作為一種等離激元材料可同時(shí)滿(mǎn)足以上三個(gè)要求。作者利用neaspec公司的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（neaSNOM， s-SNOM）在納米尺度對(duì)砷化銦納米線表面等離激元進(jìn)行近場(chǎng)成像并獲得其色散關(guān)系。通過(guò)改變納米線的直徑以及周?chē)殡姯h(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面等離激元性質(zhì)的調(diào)控，包括其波長(zhǎng)、色散、局域因子以及傳波損耗等。作者發(fā)現(xiàn)InAs納米線表面等離激元展現(xiàn)出：①制備簡(jiǎn)易，②高局域性，③低的傳波損耗，④具有可調(diào)控性，這為用于未來(lái)亞波長(zhǎng)應(yīng)用的新型等離子體電路提供了一個(gè)新的選擇。該工作發(fā)表在高水平的Advanced Materials 雜志上。

范德華材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)納米成像研究

范德華材料擁有一整套不同的激元種類(lèi)，在所有已知材料中的具有**的自由度。德國(guó)neaspec公司提供的先進(jìn)近場(chǎng)成像方法（s-SNOM）允許極化波在范德華層或多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)被激發(fā)和可視化，從而被廣泛應(yīng)用到范德華材料激元的研究中，為研究人員對(duì)范德華材料體系中激元的激發(fā)、傳播、調(diào)控等研究提供了有力的工具。另一方面，范德華材料系統(tǒng)中激元的優(yōu)點(diǎn)是它們具有的電可調(diào)性。此外，在由不同的范德華層構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，不同種類(lèi)的激元相互作用，從而可以在原子尺度上實(shí)現(xiàn)激元的**控制。德neaspec公司提供的納米光譜（nano-FTIR）和納米成像成功被研究人員用于激元的調(diào)控等研究中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，研究人員已經(jīng)成功開(kāi)啟了操控激元相關(guān)納米光學(xué)現(xiàn)象的多種途徑。

范德華材料中激元的先進(jìn)近場(chǎng)光學(xué)可視化成像研究：

A、石墨烯中Dirac等離激元；B、 石墨烯納米共振器邊緣的等離激元；C、碳納米管中的一維等離激元；

D、 石墨烯-六方氮化硼moiré 超晶格體系中的超晶格等離激元；E、六方氮化硼上石墨烯的雜化等離子-聲子激元；

F、WSe2中的激子激元；G、 雙曲六方氮化硼中的聲子激元及波導(dǎo)傳播

參考文獻(xiàn)：

Basov， D. N et. al Polaritons in van der Waals materials， Science， 354， aag1992(2016). DOI: 10.1126/science.aag1992

發(fā)表文章

部分**發(fā)表文章：

• Science (2017) doi:10.1126/science.aan2735

• Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics

• Nature Nanotechnology (2017) doi:10.1038/nnano.2016.185

• Acoustic terahertz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy

• Nature Photonics (2017) doi:10.1038/nphoton.2017.65

• Imaging exciton–polariton transport in MoSe2 waveguides

• Nature Materials (2016) doi:10.1038/nnano.2016.185

• Acoustic terahertz graphene plasmons revealed by photocurrent nanoscopy

• Nature Materials (2016) doi:10.1038/nmat4755

• Thermoelectric detection and imaging of propagating graphene plasmons

國(guó)內(nèi)用戶(hù)**發(fā)表文章：

• Nat. Commun. 8， 15561(2017)

  Imaging metal-like monoclinic phase stabilized by surface coordination effect in vanadium dioxide nanobeam

• Adv. Mater. 29， 1606370 (2017)

  The Light-Induced Field-Effect Solar Cell Concept –Perovskite Nanoparticle Coating Introduces Polarization Enhancing Silicon Cell Efficiency

• Light- Sci & Appl 6， 204 (2017)

  Effects of edge on graphene plasmons as revealed by infrared nanoimaging Light- Sci & Appl，中山大學(xué)accepted (2017)

Tailoring of electromagnetic field localizations by two-dimensional graphene nanostructures Nanoscale 9， 208 (2017) Study of graphene plasmons in graphene–MoS2 heterostructures for optoelectronic integrated devices Nano-Micro Lett. 9，2 (2017) Molybdenum Nanoscrews: A Novel Non-coinage-Metal Substrate for Surface-Enhanced Raman Scattering J. Phys. D: Appl. Phys. 50， 094002 (2017) High performance photodetector based on 2D CH3NH3PbI3 perovskite nanosheets ACS Sens. 2， 386 (2017) Flexible， Transparent， and Free-Standing Silicon Nanowire SERS Platform for in Situ Food Inspection Semiconductor Sci. and Tech.32，074003 (2017) PbI2 platelets for inverted planar organolead Halide Perovskite solar cells via ultrasonic spray deposition