超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM
neaSNOM是德國(guó)neaspec公司推出的第三代散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（簡(jiǎn)稱s-SNOM），其采用了化的散射式核心設(shè)計(jì)技術(shù)發揮重要帶動作用，極大的提高了光學(xué)分辨率意向，并且不依賴于入射激光的波長(zhǎng)，能夠在可見文化價值、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi)形式，提供優(yōu)于10nm空間分辨率的光譜和近場(chǎng)光學(xué)圖像置之不顧。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性。neaSNOM業(yè)已成為納米光學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向的科研設(shè)備數字化，在等離基元方便、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。
最近各領域，neaspec公司成功開發(fā)了可見至太赫茲高分辨光譜和成像綜合系統(tǒng)應用領域，將上述sSNOM功能與納米紅外（FTIR）、針尖增強(qiáng)拉曼（TERS）進行培訓、超快光譜（ultrafast）和太赫茲光譜（THz）進(jìn)行聯(lián)用發展機遇，可以為廣大科學(xué)工作者在等離子激元、二維材料聲子極化法治力量、半導(dǎo)體載流子子濃度分布全技術方案、生物材料紅外表征、電子激發(fā)及衰減過程等的研究上提供相關(guān)支持共享。
neaSNOM技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
- neaSNOM是目前世界上成熟的s-SNOM產(chǎn)品
- 保護(hù)的散射式近場(chǎng)光學(xué)測(cè)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(shí)保持的信噪比 - 保護(hù)的干涉式近場(chǎng)信號(hào)探測(cè)單元
- 的贗外差干涉式探測(cè)技術(shù)
—能夠獲得對(duì)近場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度和相位的同步成像 - 保護(hù)的反射式光學(xué)系統(tǒng)
—用于寬波長(zhǎng)范圍的光源：可見信息化、紅外以至太赫茲 - 高穩(wěn)定性的AFM系統(tǒng)，
—同時(shí)優(yōu)化了納米尺度下光學(xué)測(cè)量 - 雙光束設(shè)計(jì)
—的光學(xué)接入角：水平方向180°生動，垂直方向60° - 操作和樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單
—僅需要常規(guī)的AFM樣品準(zhǔn)備過程
neaSNOM重要應(yīng)用領(lǐng)域：
- 光電流/太赫茲
- 化學(xué)過程
- 高分子/生物材料
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
光子晶體又稱光子禁帶材料非常激烈。從結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計(jì)和制造的晶體引人註目，其物理思想可類比半導(dǎo)體晶體領域。通過設(shè)計(jì)，這類晶體中光場(chǎng)的分布和傳播可以被調(diào)控好宣講，從而達(dá)到控制光子運(yùn)動(dòng)的目的註入新的動力，并使得某一頻率范圍的光子不能在其中傳播，形成光子帶隙。
光子晶體中介質(zhì)折射率的周期性結(jié)構(gòu)不僅能在光子色散能帶中誘發(fā)形成完整的光子帶隙雙重提升，而且在特定條件下還可以產(chǎn)生一維（1D）手性邊界態(tài)或具有Dirac（或Weyl）準(zhǔn)粒子行為的奇異光子色散能帶。原則上事關全面，光子晶體的概念也適用于控制“納米光”的傳播表現明顯更佳。該“納米光”指的是限域在導(dǎo)電介質(zhì)表面的光子和電子的一種耦合電磁振蕩行為，即表面等離子體激元（SPPs）等形式。該SPP的波長(zhǎng)技術的開發，λp，相比入射光λ0來說最多可減少三個(gè)數(shù)量級(jí)飛躍。如果要想構(gòu)筑納米光子晶體更高效，我們需要在λp尺度上實(shí)現(xiàn)周期性介電結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法中采用top-down技術(shù)來構(gòu)建納米光子晶體重要部署，該方法在加工和制造方面具有較大的限制和挑戰(zhàn)具體而言。
2018年12月工具，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)D.N. Basov教授在Science上發(fā)表了題為Photonic crystals for nano-light in moiré graphene superlattices的全文文章。研究者利用存在于轉(zhuǎn)角雙層石墨烯結(jié)構(gòu)（twisted bilayer grapheme, TBG）中的莫爾（moiré）超晶格結(jié)構(gòu)喜愛，成功構(gòu)筑了納米光子晶體重要的角色，并利用德國(guó)neaspec公司的neaSNOM納米高分辨紅外近場(chǎng)成像顯微鏡研究了其近場(chǎng)光導(dǎo)和SPP特性，證明了其作為納米光子晶體對(duì)SPP傳播的調(diào)控向好態勢。
納米近場(chǎng)成像對(duì)鈣鈦礦太陽能電池的研究
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)優勢領先。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共創美好，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)推動並實現， 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)覆蓋範圍，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)）優化程度，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)奮勇向前，情況正好與施加正電壓時(shí)相反（圖1 i）不斷豐富。該研究顯示弄清無機(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)組建。
圖1.SNOM測(cè)量鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微納米線的光電轉(zhuǎn)換的離子遷移行為各有優勢。
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年重要的意義， 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持續，在實(shí)驗(yàn)中研究了太陽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（參見下圖2 b; 圖2 a為對(duì)應(yīng)區(qū)域的形貌）再獲。另外作者也研究了增加光照的時(shí)間的影響（參見下圖2 c, d）產品和服務。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 (黃色體驗區，0 min) 增加到 14.4 μV (紅色, 60 min)多樣性，該近場(chǎng)信號(hào)反映了可移動(dòng)自由載流子密度的變化。最終新格局，紅外光neaSNOM研究結(jié)果證明：隨光照時(shí)間增加明顯，太陽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顯示、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創新為先、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)變重要作用。 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)持續向好，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習慣；同時(shí)該工作為開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充足；為未來設(shè)計(jì)基于蛋白質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)提了供新的規(guī)則進展情況。
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綠色化發展、能耗至關重要、集成度以及響應(yīng)靈敏度有著重要意義。其中用上了，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提升行動，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。然而關註，表面等離激元技術(shù)應(yīng)用的最關(guān)鍵目標(biāo)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)：①高的空間局域性研究進展，②低的傳播損耗，③具有可調(diào)控性連日來。但是快速融入，由于金屬表面等離激元空間局域性較小，在長(zhǎng)波段損耗較大且無法電學(xué)調(diào)控限制了其實(shí)用化系統。
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)滿足以上三個(gè)要求增強。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。通過改變納米線的直徑以及周圍介電環(huán)境交流等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面等離激元性質(zhì)的調(diào)控更加廣闊，包括其波長(zhǎng)、色散提高、局域因子以及傳波損耗等可以使用。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高局域性堅實基礎，③低的傳波損耗傳遞，④具有可調(diào)控性，這為用于未來亞波長(zhǎng)應(yīng)用的新型等離子體電路提供了一個(gè)新的選擇深入闡釋。該工作發(fā)表在高水平的Advanced Materials 雜志上相關性。
參考文獻(xiàn)：
Tunable Low Loss 1D Surface Plasmons in InAs Nanowires，Yixi Zhou, Runkun Chen, Jingyun Wang, Yisheng Huang, Ming Li, Yingjie Xing, Jiahua Duan, Jianjun Chen, James D. Farrell, H. Q. Xu, Jianing Chen物聯與互聯， Adv. Mater. 2018, 1802551
https://doi.org/10.1002/adma.201802551
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穩定，在所有已知材料中的具有的自由度。德國(guó)neaspec公司提供的*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)和可視化供給，從而被廣泛應(yīng)用到范德華材料激元的研究中優勢與挑戰，為研究人員對(duì)范德華材料體系中激元的激發(fā)、傳播解決方案、調(diào)控等研究提供了有力的工具趨勢。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。此外一站式服務，在由不同的范德華層構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中廣度和深度，不同種類的激元相互作用，從而可以在原子尺度上實(shí)現(xiàn)激元的控制引領作用。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)控等研究中加強宣傳，通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，研究人員已經(jīng)成功開啟了操控激元相關(guān)納米光學(xué)現(xiàn)象的多種途徑用的舒心。
范德華材料中激元的*近場(chǎng)光學(xué)可視化成像研究：
A技術發展、石墨烯中Dirac等離激元；B集成、 石墨烯納米共振器邊緣的等離激元重要手段；C、碳納米管中的一維等離激元穩定性；
D研究與應用、 石墨烯-六方氮化硼moiré 超晶格體系中的超晶格等離激元；E更高效、六方氮化硼上石墨烯的雜化等離子-聲子激元全面協議；
F、WSe2中的激子激元具體而言；G工具、 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
