[報告簡介]
近年來，納米光學(xué)、二維材料、量子光學(xué)、化激元、鈣鈦礦材料等已成為當前國際前沿研究領(lǐng)域，而納米尺度下的各種新穎光學(xué)現(xiàn)象和特性的研究（包括光的傳播、調(diào)制、轉(zhuǎn)換、探測、局域光場的激發(fā)與傳播、物質(zhì)組分、電學(xué)等）也成為了眾多交叉學(xué)科的研究重點。然而，光衍射效應(yīng)將傳統(tǒng)光學(xué)探測的小空間尺度約束在亞微米量，無法實現(xiàn)納米尺度下光學(xué)結(jié)構(gòu)的表征。因此，新發(fā)展起來的、納米分辨的散射型近場光學(xué)顯微技術(shù)，因突破衍射限，將光學(xué)探測的空間分辨率拓展到了10 nm尺度而備受關(guān)注。
本報告將介紹10nm分辨的散射型近場光學(xué)顯微鏡（s-SNOM）的技術(shù)原理和技術(shù)發(fā)展，并結(jié)合數(shù)十篇發(fā)表在期刊Nature、Science、Chemical Reviews、Advance Materials等上的近科研成果，深入闡述這種技術(shù)在等離激元、二維材料、范德瓦爾斯材料、半導(dǎo)體等前沿研究領(lǐng)域的近進展。
[注冊鏈接]
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[主講人介紹]
李勇君 博士
QD中國資深應(yīng)用科學(xué)家。主要從事基于原子力顯微鏡（AFM）的材料科學(xué)、薄膜材料納米力學(xué)研究、藥物與細胞相互作用、分子識別成像等研究，具有長達13年的AFM相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用經(jīng)驗。
[報告時間]
開始 2020年06月17日 14:00
結(jié)束 2020年06月17日 15:00
[產(chǎn)品信息]
超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡：http://www.buyu5683.com/product/20160315768.shtml
[精選案例]
Nature：雙層旋轉(zhuǎn)的范德瓦爾斯材料中的拓撲化激元和光學(xué)魔角
2018年W. Ma等在Nature報道了范德瓦爾斯材料α-MoO3中的面內(nèi)雙曲聲子化激元的重要發(fā)現(xiàn)。2020年6月，G.W. Hu等在此基礎(chǔ)上通過理論預(yù)測并在實驗上證實了雙層旋轉(zhuǎn)范德瓦爾斯材料α-MoO3體系，可以實現(xiàn)由轉(zhuǎn)角控制的聲子化激元從雙曲到橢圓能帶間的拓撲變換。在這個變換角附近，光學(xué)能帶變成平帶，從而實現(xiàn)激元的直線無衍射傳播。類比于雙層旋轉(zhuǎn)石墨烯中的電子在費米面的平帶，作者因此將這一轉(zhuǎn)角命名為光學(xué)魔角。
研究中作者采用散射型近場光學(xué)顯微鏡（s-SNOM）對雙層α-MoO3旋轉(zhuǎn)體系進行掃描測試。實驗結(jié)果顯示，在接近魔角時（如圖所示），光學(xué)能帶變平，聲子化激元沿直線無衍射傳播。此外，通過測試不同轉(zhuǎn)角的雙層體系，作者成功觀測到在不同頻段大幅可調(diào)的低損耗拓撲轉(zhuǎn)換和光學(xué)魔角。這一重要發(fā)現(xiàn)奠定了“轉(zhuǎn)角光子學(xué)”的基礎(chǔ)，為光學(xué)能帶調(diào)制、納米光操控和超低損耗量子光學(xué)開辟了新的途徑，同時也衍生出“轉(zhuǎn)角化激元”這一重要分支研究方向，為進一步發(fā)展“轉(zhuǎn)角聲學(xué)”或“轉(zhuǎn)角微波系統(tǒng)”提供了重要的線索和啟發(fā)。
?。ㄒ裕褐袊鈱W(xué)-公眾號，2020年6月11日《Nature：光學(xué)魔角！二維材料轉(zhuǎn)角遇見光》）
參考文獻：
G.W. Hu et al. Nature, 2020, 582, 209-213
Science：石墨烯莫爾(moiré）超晶格納米光子晶體近場光學(xué)研究
光子晶體又稱光子禁帶材料。從結(jié)構(gòu)上看，光子晶體是一類在光學(xué)尺度上具有周期性介電結(jié)構(gòu)的人工設(shè)計和制造的晶體，其物理思想可類比半導(dǎo)體晶體。通過設(shè)計，這類晶體中光場的分布和傳播可以被調(diào)控，從而達到控制光子運動的目的，并使得某一頻率范圍的光子不能在其中傳播，形成光子帶隙。
光子晶體中介質(zhì)折射率的周期性結(jié)構(gòu)不僅能在光子色散能帶中誘發(fā)形成完整的光子帶隙，而且在特定條件下還可以產(chǎn)生一維手性邊界態(tài)或具有Dirac（或Weyl）準粒子行為的奇異光子色散能帶。原則上，光子晶體的概念也適用于控制“納米光”的傳播。該“納米光”指的是限域在導(dǎo)電介質(zhì)表面的光子和電子的一種耦合電磁振蕩行為，即表面等離子體激元（SPPs）。該SPP的波長，λp，相比入射光λ0來說多可減少三個數(shù)量。如果要想構(gòu)筑納米光子晶體，需要在λp尺度上實現(xiàn)周期性介電結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法中采用top-down技術(shù)來構(gòu)建納米光子晶體，該方法在加工和制造方面具有較大的限制和挑戰(zhàn)。
2018年12月，美國哥倫比亞大學(xué)D.N. Basov教授在Science上發(fā)表了題為Photonic crystals for nano-light in moiré graphene superlattices的全文文章。研究者利用存在于轉(zhuǎn)角雙層石墨烯結(jié)構(gòu)（twisted bilayer grapheme, TBG）中的莫爾（moiré）超晶格結(jié)構(gòu)，成功構(gòu)筑了納米光子晶體，并利用散射型近場光學(xué)顯微鏡s-SNOM研究了其近場光導(dǎo)和SPP特性，證明了其作為納米光子晶體對SPP傳播的調(diào)控。
參考文獻：
S. S. Sunku et al. Science , 2018，362, 1153-1156
Science：范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中化激元的近場光學(xué)研究綜述
范德瓦爾斯材料擁有一整套不同的化激元種類，在所有已知材料中的具有高的自由度。德國neaspec公司提供的先進近場成像方法（s-SNOM）允許化波在范德瓦爾斯層或多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)中傳播時被激發(fā)和可視化，從而被廣泛應(yīng)用到范德瓦爾斯材料化激元的研究中，為研究人員對范德瓦爾斯材料體系中化激元的激發(fā)、傳播、調(diào)控等研究提供了有力的工具。此外，在由不同的范德瓦爾斯層構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，不同種類的化激元相互作用，從而可以在原子尺度上實現(xiàn)化激元的控制。納米光譜（nano-FTIR）和s-SNOM成功被研究人員用于激元的調(diào)控等研究中，通過實驗證實，研究人員已經(jīng)成功開啟了操控化激元相關(guān)納米光學(xué)現(xiàn)象的多種途徑。
范德瓦爾斯材料中化激元的先進近場光學(xué)可視化成像研究
參考文獻：
Basov, D. N et. Al., Science, 2016, 354, aag1992
Advanced Materials：可調(diào)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(diào)控與操縱對縮小光電器件的體積、能耗、集成度以及響應(yīng)靈敏度有著重要意義。其中，外場驅(qū)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(xiàn)亞波長光學(xué)傳播與調(diào)控的有效途徑之一。然而，表面等離激元技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵目標是同時實現(xiàn)：①高的空間局域性，②低的傳播損耗，③具有可調(diào)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(xué)調(diào)控限制了其實用化。
由中科院物理所和北京大學(xué)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。作者利用散射型近場光學(xué)顯微鏡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(guān)系。通過改變納米線的直徑以及周圍介電環(huán)境，實現(xiàn)了對表面等離激元性質(zhì)的調(diào)控，包括其波長、色散、局域因子以及傳波損耗等。
InAs納米線中表面等離激元的紅外近場成像研究
參考文獻：
Y.X．Zhou et al.，Adv. Mater.，2018, 30，1802551
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