纳米空间分辨超快光谱和成像系统

纳米空间分辨超快光谱和成像系统

                                               “空间和时间的结合”— 纳米分辨和飞秒别的光谱

超快光谱技术拥有诸多特色，例如高的时间分辨率，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.