Manipulering af lys i nanoskala i nanokavitet ved scanning af tunnelmikroskopforbindelser

Manipulering af nanoskala lys i scanning af tunnelmikroskopforbindelser opnås ved nanofabrikation af guldspidser ved hjælp af en fokuseret ionstråle teknik. Forskere ved Fritz-Haber Institute, Berlin, Tyskland, demonstreret, at et spektrum af nanolight i et plasmonisk kryds i nanoskala kan moduleres med plasmoniske Fabry – Pérot -spidser. Præcis kontrol af nanolight er af afgørende betydning for nanoskala billeddannelse og spektroskopi for at undersøge struktur, dynamik, og de optoelektroniske egenskaber ved nanomaterialer og enkeltmolekyler.

Rumlig opløsning af optisk mikroskopi og spektroskopi bestemmes af, hvor meget man kan begrænse lys i rummet, som normalt er begrænset til cirka en halv mikrometer i bedste fald på grund af diffraktionsgrænsen. Imidlertid, lys kan begrænses til nanometerskala ved hjælp af metalliske nanostrukturer gennem excitation af lokaliseret overfladeplasmonresonans (LSPR). At have sådan nanolight ved en skarp metallisk spids er især nyttig, fordi den kan bruges til at scanne tunneling luminescens (STL) og scanning-type scanning nær-felt optisk mikroskopi (s-SNOM), der udfører nanoskala billeddannelse og spektroskopi for at se på nanomaterialer og endda enkelt molekyler. Imidlertid, præcis manipulation af nanolight i nanoskala -kryds er fortsat et fremragende problem. Fordi arten af ​​nanolight (LSPR) bestemmes af spidsens nanoskopiske struktur, dens manipulation kræver en fin behandlingsteknik på nanoskalaen. Ud over, nanolight begrænset til nanokaviteter er af afgørende betydning på grund af den stærke forbedringseffekt af et elektromagnetisk felt, som muliggør ultralydsfølsom nanoskala billeddannelse og spektroskopi.

Et forskerhold ved Fritz-Haber Institute i Berlin, ledet af Dr. Takashi Kumagai, nu demonstreret, at manipulation af nanolight spektrum kan opnås ved at forme nøjagtigt plasmoniske guldspidser med en fokuseret ionstråle (FIB) fræsningsteknik. Som en eksemplarisk demonstration, de frembragte en meget skarp spids med en enkelt rille på akslen som vist på scanningselektronmikroskopbilledet. Nanolightets spektrale respons, der er begrænset i nanokaviteten dannet af den rillede spids og en atomisk flad sølvoverflade, blev undersøgt ved hjælp af STL - det vil sige kombinationen af ​​elektroniske og optiske spektroskopier ved hjælp af scanningstunnelmikroskopi. STML -spektrene med de rillede spidser udviser en karakteristisk modulering som følge af interferens af Fabry -Pérot -typen af ​​overfladeplasmonpolaritoner (SPP'er) på spidsakslen, da den stående bølgedannelse visualiseres i den elektrodynamiske simulering.

Spektralmodulationen kan præcist styres af notpositionen på akslen. De demonstrerede også, at SPP Fabry – Pérot -interferensen kan forbedres ved at optimere den overordnede spidsform.

Dette arbejde viser et stort potentiale i kombinationen af ​​scanningsprobeteknikker og nanofabrikation af plasmoniske spidser ved hjælp af FIB for at studere arten af ​​nanolight og lysstofinteraktioner i nanokaviteter, som er en vigtig grænse for plasmonik og nanooptik. Ud over, de FIB-fremstillede plasmoniske spidser er generelt gældende for s-SNOM-teknikker, dermed baner vejen for nanoskala billeddannelse og spektroskopi med en høj grad af nøjagtighed. I øvrigt, spektral kontrol af det intense nærfelt ved toppen af ​​plasmoniske spidser kan åbne nye muligheder for realisering af kohærente laserudløste elektronpunktkilder til lavenergi-elektronmikroskopi og holografi-teknikker.