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”— 纳米分辨和飞秒级别的光谱

超快光谱技术拥有诸多特色,例如极高的时间分辨率,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,无法精准地进行有效的超快光谱分析。 

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。


应用领域


◎   二维材料

◎   半导体

◎   纳米线/纳米颗粒

◎   高分子/生物材料

◎   矿物质

◎   ......


应用方向


◎   二维材料极化过程

◎   能带信息

◎   等离激元

◎   电子激发衰减

◎   半导体载流子过程

◎   ......


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



技术原理:



■  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


参考文献: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


参考文献:M. A. Huber et al., Ultrafast mid-infrared nanoscopy of strained vanadium dioxide nanobeams, Nano Lett. 2016, 16, 1421.




参考文献:G. X. Ni et al., Ultrafast optical switching of infrared plasmon polaritons in high-mobility graphene, Nature Phot. (2016) 10, 244.




参考文献: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



参考文献: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


参考文献: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





参考文献:M. Wagner et al., Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump−Probe Nanoscopy, Nano Lett. 2014, 14, 894.




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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. 


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