纳米空间分辨超快光谱和成像系统

“空间和时间的结合”— 纳米分辨和飞秒级别的光谱

超快光谱技术拥有诸多特色，例如极高的时间分辨率，丰富的光与物质的非性相互作用，可以用光子相干地调控物质的量子态，其衍生和嫁接技术带来许多凝聚态物理实验技术的变革等等。然而，受制于激发波长的限制（可见-近红外），超快光谱在空间分辨上受到了一定的制约，在对一些微纳尺寸结构的材料研究中，诸如一维半导体纳米线，二维拓扑材料、纳米相变材料等，无法精准地进行有效的超快光谱分析。

德国Neaspec公司利用十数年在近场及纳米红外领域的技术积累，开发出了全新的纳米空间分辨超快光谱和成像系统，其pump激发光可兼容可见到近红外的多组激光器，probe探测光可选红外（650-2200 cm^-1）或太赫兹（0.5-2 T）波段，实现了在超高空间分辨（20 nm）和超高时间分辨（50 fs）上对被测物质的同时表征。

技术原理：

设备特点和参数：

→ 超高空间分辨和时间分辨同时实现；

→ 20-50 nm空间分辨率；

→ 根据pump光源时间分辨可达50 fs；

→ probe光谱可选红外（650-2200 cm^-1）或太赫兹（0.5-2 T）

应用领域：

→ 二维材料

→ 半导体

→ 纳米线/纳米颗粒

→ 等离激元

→ 高分子/生物材料

→ 矿物质

......

应用案例：

■ 纳米红外超快光谱

分辨率为10nm的InAs纳米线红外成像，并结合时间分辨超快光谱分析载流子衰减层的形成过程

参考：M. Eisele et al.， Ultrafast multi-terahertz nano-spectroscopy with sub-cycle temporal resolution， Nature Phot. (2014) 8， 841.

稳态开关灵敏性：容易发生相变的区域，光诱导散射响应较大

参考：M. A. Huber et al.， Ultrafast mid-infrared nanoscopy of strained vanadium dioxide nanobeams， Nano Lett. 2016， 16， 1421.

参考：G. X. Ni et al.， Ultrafast optical switching of infrared plasmon polaritons in high-mobility graphene， Nature Phot. (2016) 10， 244.

参考：Mrejen et al.， Ultrafast nonlocal collective dynamics of Kane plasmon-polaritons in a narrow- gap semiconductor， Sci. Adv. (2019)， 5， 9618.

■ 范德华材料 WSe2 中的超快研究

参考：Mrejen et al.， Transient exciton-polariton dynamics in WSe2 by ultrafast near-field imaging， Sci. Adv. (2019)， 5， 9618.

■ 黑磷中的近红外超快激发

黑磷的high-contrast interband性质使其具有半导体性质，在光诱导重组过程中表面激发的电子空隙对（electron-hole pairs）～50fs并在5ps内消失

参考：M. A. Huber et al.，Femtosecond photo-switching of interface polaritons in black phosphorus heterostructures， Nat. Nanotechnology. (2016)， 5， 9618.

■ 多层石墨烯中等离子效应衰减效应

参考：M. Wagner et al.， Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump?Probe Nanoscopy， Nano Lett. 2014， 14， 894.

发表文章：

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部分文章列表：

● M. B. Lundeberg et al.， Science 2017 AOP.

● F. J. Alfaro-Mozaz et al.， Nat. Commun. 2017， 8， 15624.

● P. Alonso-Gonzales et al.， Nat. Nanotechnol. 2017， 12， 31.

● M. A. Huber et al.， Nat. Nanotechnol. 2017， 12， 207.

● P. Li et al.， Nano Lett. 2017， 17， 228.

● T. Low et al.， Nat. Mater. 2017， 16， 182.

● D. Basov et al.， Nat. Nanotechnol. 2017， 12， 187.

● M. B. Lundberg et al.， Nat. Mater. 2017， 16， 204.

● D. Basov et al.， Science 2016， 354， 1992.

● Z. Fei et al.， Nano Lett. 2016， 16， 7842.

● A. Y. Nikitin et al.， Nat. Photonics 2016， 10， 239.

● G. X. Ni et al.， Nat. Photonics 2016， 10， 244.

● A. Woessner et al.， Nat. Commun. 2016， 7， 10783.

● Z. Fei et al.， Nano Lett. 2015， 15， 8271.

● G. X. Ni et al.， Nat. Mater. 2015， 14， 1217.

● E. Yoxall et al.， Nat. Photonics 2015， 9， 674.

● Z. Fei et al.， Nano Lett. 2015， 15， 4973.

● M. D. Goldflam et al.， Nano Lett. 2015， 15， 4859.

● P. Li et al.， Nat. Commun. 2015， 5， 7507.

● S. Dai et al.， Nat. Nanotechnol. 2015， 10， 682.

● S. Dai et al.， Nat. Commun. 2015， 6， 6963.

● A. Woessner et al.， Nat. Mater. 2014， 14， 421.

● P. Alonso-González et al.，Science 2014， 344， 1369.

● S. Dai et al.， Science 2014， 343， 1125.

● P. Li et al.， Nano Lett. 2014， 14， 4400.

● A. Y. Nikitin et al.， Nano Lett. 2014， 14， 2896.

● M. Wagner et al.， Nano Lett. 2014， 14， 894.

● M. Schnell et al.， Nat. Commun. 2013， 5， 3499.

● J. Chen et al.， Nano Lett. 2013， 13， 6210.

● Z. Fei et al.， Nat. Nanotechnol. 2012， 8， 821.

● J. Chen et al.， Nature 2012， 487， 77.

● Z. Fei et al.， Nature 2012， 487， 82.