納米范德瓦爾斯材料的紅外雙曲變面研究獲重要進展

2018年2月，西班牙Rainer Hillenbrand教授在《Science》上發表了題為：Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials的全文文章，發現納米范德瓦爾斯材料上的紅外雙曲變面特性，在紅外可變平臺設備的開發中取得重要進展。

文章中Hillenbrand團隊利用超高分辨散射式近場光學顯微鏡neaSNOM，對納米級氮化硼薄膜表面進行了精細掃描。該類型薄膜表面一般具有光學超表面特性，同時可以支持深度亞波長尺度的聲子極化激元。研究者在在這樣的納米結構基礎上，通過neaSNOM優于10nm空間分辨率的光譜和近場光學圖像觀測到了發散極化子束的不規則波前，如下圖所示。圖1 A為該項工作的原理示意，圖1 B為該結構的形貌表征；圖1 C、D為近場強度信號在該結構中的納米成像并分辨對應HMS(實線)及hBN（虛線）結果。這些表征結果精確描述了hBN光柵功能面內的HMS。

該工作在光學超表面光學性質的研究，對于控制材料的等離子體極化激元有著突出的意義，其中利用到一種獨特的相位和振幅信號分離技術，這種技術是超高分辨散射式近場光學顯微鏡neaSNOM專利申請，如下圖，HMS-PHPs的波前成像結果顯示其發散極化子束的不規則波前，是雙曲極化子的重要特征。近場增強和限制可以有效操縱交換表面發射的熱輻射。該項研究成果揭示了各向異性材料中極化基元的不規則波前，與此同時，該類型納米結構尺寸的范德華材料擁有優異的雙曲線性質，使得紅外可變平臺設備的開發在未來的研究中將進一步成為可能。

★ 科普小知識 ★

neaSNOM是德國neaspec公司推出的第三代散射式近場光學顯微鏡（簡稱s-SNOM），其采用了專利化的散射式核心設計技術，極大的提高了光學分辨率，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，提供優于10nm空間分辨率的光譜和近場光學圖像。由于其高度的可靠性和可重復性，neaSNOM業已成為納米光學領域熱點研究方向的首選科研設備，在等離基元、納米FTIR和太赫茲等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。

★ 超高分辨成像技術的諸多特點，你知道嗎？ ★

◆  neaSNOM是目前世界上唯一成熟的s-SNOM成像產品

◆  專利保護的散射式近場光學測量技術——獨有的極高10 nm空間分辨率

◆  專利的高階解調背景壓縮技術——在獲得10nm空間分辨率的同時保持極高的信噪比

◆  專利保護的干涉式近場信號探測單元

◆  專利的贗外差干涉式探測技術——能夠獲得對近場信號強度和相位的同步成像

◆  專利保護的反射式光學系統 ——用于寬波長范圍的光源：可見、紅外以至太赫茲

◆  高穩定性的AFM系統，——同時優化了納米尺度下光學測量

◆  雙光束設計——極高的光學接入角：水平方向180°，垂直方向60°

◆  操作和樣品準備簡單 ——僅需要常規的AFM樣品準備過程