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特性,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團隊利用超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡neaSNOM,對納米級氮化硼薄膜表面進行了精細(xì)掃描。該類型薄膜表面一般具有光學(xué)超表面特性,同時可以支持深度亞波長尺度的聲子極化激元。研究者在在這樣的納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,通過neaSNOM優(yōu)于10nm空間分辨率的光譜和近場光學(xué)圖像觀測到了發(fā)散極化子束的不規(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)果精確描述了hBN光柵功能面內(nèi)的HMS。
該工作在光學(xué)超表面光學(xué)性質(zhì)的研究,對于控制材料的等離子體極化激元有著突出的意義,其中利用到一種獨特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(xué)顯微鏡neaSNOM專利申請,如下圖,HMS-PHPs的波前成像結(jié)果顯示其發(fā)散極化子束的不規(guī)則波前,是雙曲極化子的重要特征。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極化基元的不規(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優(yōu)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一步成為可能。
★ 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(xué)顯微鏡(簡稱s-SNOM),其采用了專利化的散射式核心設(shè)計技術(shù),極大的提高了光學(xué)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),提供優(yōu)于10nm空間分辨率的光譜和近場光學(xué)圖像。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)域熱點研究方向的首選科研設(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)的諸多特點,你知道嗎? ★
◆ neaSNOM是目前世界上唯一成熟的s-SNOM成像產(chǎn)品
◆ 專利保護的散射式近場光學(xué)測量技術(shù)——獨有的極高10 nm空間分辨率
◆ 專利的高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)——在獲得10nm空間分辨率的同時保持極高的信噪比
◆ 專利保護的干涉式近場信號探測單元
◆ 專利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
◆ 專利保護的反射式光學(xué)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),——同時優(yōu)化了納米尺度下光學(xué)測量
◆ 雙光束設(shè)計——極高的光學(xué)接入角:水平方向180°,垂直方向60°
◆ 操作和樣品準(zhǔn)備簡單 ——僅需要常規(guī)的AFM樣品準(zhǔn)備過程