超高分辨散射式近場光學顯微鏡-neaSNOM

應用案例

Science：石墨烯莫爾(moiré）超晶格納米光子晶體近場光學研究

納米近場成像對鈣鈦礦太陽能電池的研究

蘇州大學Q.L. Bao教授等人在鈣鈦礦結構微納米線的光電轉換離子遷移行為和載流子濃度分布等領域作出了突出貢獻。2016年，發表在ACS Nano上的鈣鈦礦結構微納米線的光電轉換離子遷移行為的研究中，作者利用Neaspec公司的近場光學顯微鏡neaSNOM發現：1. 未施加外場電壓時， 該微納米線區域中載流子密度（圖1 g. s-SNOM振幅信號）和光折射率（圖1 g. s-SNOM相位信號）較均勻；2. 施加外場正電壓時，該區域中載流子密度隨I-離子（Br?）的遷移而向右移動（圖1 h. s-SNOM振幅信號），其光折射率隨隨MA+離子（CH3NH3+）的遷移而向左移動（圖1 g. s-SNOM相位信號）較均勻；3. 施加外場負壓時，情況正好與施加正電壓時相反（圖1 i）。該研究顯示弄清無機-有機鈣鈦礦結構中的離子遷移行為對于了解鈣鈦礦基的特殊光電行為具有重要意義，進而為無機-有機鈣鈦礦材料的光電器件應用打下了堅實的基礎。

圖1.SNOM測量鈣鈦礦結構微納米線的光電轉換的離子遷移行為。

d-f. 離子遷移測量示意圖；g-i，相應的s-SNOM光學信號振幅和相位圖

2017年， Q.L. Bao教授等人發表在AdvanceMaterials的文章中再次利用Neaspec公司的近場光學顯微鏡neaSNOM，**在實驗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。結果顯示：鈣鈦礦納米粒子覆蓋區域近場信號強度高于Si/SiO2區域中信號強度（參見下圖2 b; 圖2 a為對應區域的形貌）。另外作者也研究了增加光照的時間的影響（參見下圖2 c， d）。其結果顯示：近場信號強度隨光照時間增加，從12.5 μV (黃色，0 min) 增加到 14.4 μV (紅色， 60 min)，該近場信號反映了可移動自由載流子密度的變化。*終，紅外光neaSNOM研究結果證明：隨光照時間增加，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：

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.

絲纖蛋白電調控構象轉變及其光刻應用的納米紅外研究

中科院微系統所陶虎教授帶領的研究團隊利用neaspec公司的近場光學顯微鏡（neaSNOM）高化學敏感和10 nm空間分辨的優勢，在納米尺度近分子水平研究了電調控下絲蛋白中的多形態轉變。 該研究在納米尺度實現了蛋白質結構轉換的探測，結合納米精度的電子束光刻技術能為我們在二維及三維尺度實現絲蛋白的結構控制提供有力的方法；同時該工作為開啟納米尺度的蛋白質結構研究和探究蛋白質電誘導構象變化的臨界條件鋪平了道路；為未來設計基于蛋白質的納米結構提了供新的規則。

參考文獻：

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

可調諧低損耗一維InAs納米線的表面等離激元研究

亞波長下光的調控與操縱對縮小光電器件的體積、能耗、集成度以及響應靈敏度有著重要意義。其中，外場驅動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，是實現亞波長光學傳播與調控的有效途徑之一。然而，表面等離激元技術應用的*關鍵目標是同時實現：①高的空間局域性，②低的傳播損耗，③具有可調控性。但是，由于金屬表面等離激元空間局域性較小，在長波段損耗較大且無法電學調控限制了其實用化。

由中科院物理所和北京大學組成的研究團隊報道了砷化銦（InAs）納米線作為一種等離激元材料可同時滿足以上三個要求。作者利用neaspec公司的近場光學顯微鏡（neaSNOM， s-SNOM）在納米尺度對砷化銦納米線表面等離激元進行近場成像并獲得其色散關系。通過改變納米線的直徑以及周圍介電環境，實現了對表面等離激元性質的調控，包括其波長、色散、局域因子以及傳波損耗等。作者發現InAs納米線表面等離激元展現出：①制備簡易，②高局域性，③低的傳波損耗，④具有可調控性，這為用于未來亞波長應用的新型等離子體電路提供了一個新的選擇。該工作發表在高水平的Advanced Materials 雜志上。

范德華材料異質結構的近場納米成像研究

范德華材料擁有一整套不同的激元種類，在所有已知材料中的具有**的自由度。德國neaspec公司提供的先進近場成像方法（s-SNOM）允許極化波在范德華層或多層異質結構中傳播時被激發和可視化，從而被廣泛應用到范德華材料激元的研究中，為研究人員對范德華材料體系中激元的激發、傳播、調控等研究提供了有力的工具。另一方面，范德華材料系統中激元的優點是它們具有的電可調性。此外，在由不同的范德華層構成的異質結構中，不同種類的激元相互作用，從而可以在原子尺度上實現激元的**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控等研究中，通過實驗證實，研究人員已經成功開啟了操控激元相關納米光學現象的多種途徑。

范德華材料中激元的先進近場光學可視化成像研究：

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傳播

參考文獻：

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

發表文章

部分**發表文章：

• 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

國內用戶**發表文章：

• 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