引言
范德華晶體，包括石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物等廣受關(guān)注的新型二維材料等，具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，是構(gòu)筑功能可控范德華異質(zhì)結(jié)的基本單元，也是組成下一代高性能光電器件的基礎(chǔ)材料。
范德華晶體具有層狀結(jié)構(gòu)，在層內(nèi)由較強(qiáng)的共價鍵相互作用結(jié)合，在層間由較弱的范德華力結(jié)合。這一層狀結(jié)構(gòu)決定了范德華晶體的各種物理性質(zhì)具有天然的各向異性，其中，光學(xué)各向異性對于新型光電器件的設(shè)計和優(yōu)化至關(guān)重要，必須得到準(zhǔn)確的表征。然而，受限于高質(zhì)量范德華單晶的尺寸，傳統(tǒng)的基于遠(yuǎn)場光束反射的光學(xué)各向異性表征方法，如端面反射法、橢偏法等，均不能準(zhǔn)確表征范德華微晶體的光學(xué)各向異性。
成果介紹
日前，中國科學(xué)院納米科學(xué)中心納米表征實驗室戴慶(Quantum Design中國子公司用戶)研究團(tuán)隊利用德國neaspec近場光學(xué)技術(shù)克服了上述范德華晶體有限尺寸導(dǎo)致的困難，成功測量了氮化硼及二硫化鉬的介電常數(shù)張量。
圖1 實驗裝置和近場成像原理示意圖
該團(tuán)隊先理論論證了在各向異性范德華納米片中存在尋常及非尋常波導(dǎo)模式，這兩種模式的面內(nèi)波矢分別與范德華晶體的面內(nèi)及面外介電常數(shù)相關(guān);之后，他們使用neaSNOM散射型掃描近場光學(xué)顯微鏡，在范德華納米片中激發(fā)尋常及非尋常波導(dǎo)模式，并對這些波導(dǎo)模式進(jìn)行實空間近場光學(xué)成像;后，他們通過nanoFTIR納米傅里葉紅外模塊對實空間近場光學(xué)圖像的傅里葉分析，求得所測范德華晶體的光學(xué)各向異性。
圖2 不同厚度MoS2樣品的近場光學(xué)像及傅里葉分析
結(jié)論
這一方法克服了傳統(tǒng)表征手段對樣品大小的限制，能夠?qū)屋S及雙軸范德華晶體材料的光學(xué)各向異性進(jìn)行的表征;通過對基底材料的優(yōu)化設(shè)計，這一方法有望用于少層甚至單層范德華晶體光學(xué)各向異性的直接表征。該研究結(jié)果在線發(fā)表于Nature Communications，表征方法已申請發(fā)明。相關(guān)研究工作得到自然科學(xué)基金、青年千人計劃等項目的資助。
參考文獻(xiàn)：Probing optical anisotropy of nanometer-thin van der waals microcrystals by near-field imaging (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01580-7)
文章來源：中國科學(xué)院納米中心
neaSNOM小知識，你了解多少呢?
neaSNOM散射式近場光學(xué)顯微鏡采用了化的散射式核心設(shè)計技術(shù)，大提高了光學(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，保證了高度的可靠性和可重復(fù)性。
技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：
? 保護(hù)的散射式近場光學(xué)測量技術(shù)
? 的高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)
? 保護(hù)的干涉式近場信號探測單元
? 的贗外差干涉式探測技術(shù)
? 保護(hù)的反射式光學(xué)系統(tǒng)
? 高穩(wěn)定性的AFM系統(tǒng)雙光束設(shè)計
nano-FTIR——納米紅外表征界的杠把子
nano-FTIR納米傅里葉紅外光譜技術(shù)綜合了原子力顯微鏡的高空間分辨率和傅里葉紅外光譜的高化學(xué)敏感度，在納米尺度下可實現(xiàn)對幾乎所有材料的化學(xué)分辨。而且在不使用任何模型矯正的條件下，nano-FTIR獲得的近場吸收光譜所體現(xiàn)的分子指紋特征與使用傳統(tǒng)FTIR光譜儀獲得的分子指紋特征高度吻合，這在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用方面都具有重要意義。
