超高分辨散射式近场光学显微镜-neaSNOM

应用案例

Science：石墨烯莫尔(moiré）超晶格纳米光子晶体近场光学研究

纳米近场成像对钙钛矿太阳能电池的研究

苏州大学Q.L. Bao教授等人在钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为和载流子浓度分布等领域作出了突出贡献。2016年，发表在ACS Nano上的钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为的研究中，作者利用Neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM发现：1. 未施加外场电压时， 该微纳米线区域中载流子密度（图1 g. s-SNOM振幅信号）和光折射率（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；2. 施加外场正电压时，该区域中载流子密度随I-离子（Br?）的迁移而向右移动（图1 h. s-SNOM振幅信号），其光折射率随随MA+离子（CH3NH3+）的迁移而向左移动（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；3. 施加外场负压时，情况正好与施加正电压时相反（图1 i）。该研究显示弄清无机-有机钙钛矿结构中的离子迁移行为对于了解钙钛矿基的特殊光电行为具有重要意义，进而为无机-有机钙钛矿材料的光电器件应用打下了坚实的基础。

图1.SNOM测量钙钛矿结构微纳米线的光电转换的离子迁移行为。

d-f. 离子迁移测量示意图；g-i，相应的s-SNOM光学信号振幅和相位图

2017年， Q.L. Bao教授等人发表在AdvanceMaterials的文章中再次利用Neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM，**在实验中研究了太阳能电池表面钙钛矿纳米粒子涂层的载流子密度。结果显示：钙钛矿纳米粒子覆盖区域近场信号强度高于Si/SiO2区域中信号强度（参见下图2 b; 图2 a为对应区域的形貌）。另外作者也研究了增加光照的时间的影响（参见下图2 c， d）。其结果显示：近场信号强度随光照时间增加，从12.5 μV (黄色，0 min) 增加到 14.4 μV (红色， 60 min)，该近场信号反映了可移动自由载流子密度的变化。*终，红外光neaSNOM研究结果证明：随光照时间增加，太阳能电池表面的钙钛矿纳米粒子涂层富集和捕获了大量的电子。

参考文献：

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.

丝纤蛋白电调控构象转变及其光刻应用的纳米红外研究

中科院微系统所陶虎教授带领的研究团队利用neaspec公司的近场光学显微镜（neaSNOM）高化学敏感和10 nm空间分辨的优势，在纳米尺度近分子水平研究了电调控下丝蛋白中的多形态转变。 该研究在纳米尺度实现了蛋白质结构转换的探测，结合纳米精度的电子束光刻技术能为我们在二维及三维尺度实现丝蛋白的结构控制提供有力的方法；同时该工作为开启纳米尺度的蛋白质结构研究和探究蛋白质电诱导构象变化的临界条件铺平了道路；为未来设计基于蛋白质的纳米结构提了供新的规则。

参考文献：

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

可调谐低损耗一维InAs纳米线的表面等离激元研究

亚波长下光的调控与操纵对缩小光电器件的体积、能耗、集成度以及响应灵敏度有着重要意义。其中，外场驱动下由电子集体振荡形成的表面等离激元能将光局域在纳米尺度空间中，是实现亚波长光学传播与调控的有效途径之一。然而，表面等离激元技术应用的*关键目标是同时实现：①高的空间局域性，②低的传播损耗，③具有可调控性。但是，由于金属表面等离激元空间局域性较小，在长波段损耗较大且无法电学调控限制了其实用化。

由中科院物理所和北京大学组成的研究团队报道了砷化铟（InAs）纳米线作为一种等离激元材料可同时满足以上三个要求。作者利用neaspec公司的近场光学显微镜（neaSNOM， s-SNOM）在纳米尺度对砷化铟纳米线表面等离激元进行近场成像并获得其色散关系。通过改变纳米线的直径以及周围介电环境，实现了对表面等离激元性质的调控，包括其波长、色散、局域因子以及传波损耗等。作者发现InAs纳米线表面等离激元展现出：①制备简易，②高局域性，③低的传波损耗，④具有可调控性，这为用于未来亚波长应用的新型等离子体电路提供了一个新的选择。该工作发表在高水平的Advanced Materials 杂志上。

范德华材料异质结构的近场纳米成像研究

范德华材料拥有一整套不同的激元种类，在所有已知材料中的具有**的自由度。德国neaspec公司提供的先进近场成像方法（s-SNOM）允许极化波在范德华层或多层异质结构中传播时被激发和可视化，从而被广泛应用到范德华材料激元的研究中，为研究人员对范德华材料体系中激元的激发、传播、调控等研究提供了有力的工具。另一方面，范德华材料系统中激元的优点是它们具有的电可调性。此外，在由不同的范德华层构成的异质结构中，不同种类的激元相互作用，从而可以在原子尺度上实现激元的**控制。德neaspec公司提供的纳米光谱（nano-FTIR）和纳米成像成功被研究人员用于激元的调控等研究中，通过实验证实，研究人员已经成功开启了操控激元相关纳米光学现象的多种途径。

范德华材料中激元的先进近场光学可视化成像研究：

A、石墨烯中Dirac等离激元；B、 石墨烯纳米共振器边缘的等离激元；C、碳纳米管中的一维等离激元；

D、 石墨烯-六方氮化硼moiré 超晶格体系中的超晶格等离激元；E、六方氮化硼上石墨烯的杂化等离子-声子激元；

F、WSe2中的激子激元；G、 双曲六方氮化硼中的声子激元及波导传播

参考文献：

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

发表文章

部分**发表文章：

• 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

国内用户**发表文章：

• 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，中山大学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