在納米尺度下操縱光

利用聚焦離子束技術，通過對金針尖端的納米處理，實現了對掃描隧道顯微鏡結中納米尺度光的操控。德國柏林Fritz-Haber研究所的研究人員證明，納米級等離子結中的「納米光」光譜可以通過等離子Fabry-Pérot尖端進行調製（「Near-Field Manipulation in a Scanning Tunneling Microscope Junction with Plasmonic Fabry-Pérot Tips」）。

納米光的精確控制與納米成像和光譜學研究納米材料和單分子的結構、動力學、光電性能有著重要的關係。

通過隧穿電子（e-）在掃描隧道顯微鏡結中激發具有等離子體Fabry-Pérot尖端納米光（局域表面等離子體）。發射光（hv）顯示了由軸上傳播的表面等離子激元Fabry-Pérot干擾產生的調製光譜。

光學顯微鏡和光譜學的空間解析度取決於光在空間中的限制程度，由於衍射極限的限制，光在空間中的限制程度通常最多只能限制在半微米左右。然而，通過激發局域表面等離子體共振（LSPR），利用金屬納米結構可以將光限制在納米尺度上。

在尖銳的金屬尖端擁有這樣的「納米光」特別有用，因為它可以用於掃描隧道發光（STL）和散射型掃描近場光學顯微鏡（S-SNOM），執行納米級成像和光譜分析，以觀察納米材料甚至單個分子。

然而，在納米結中精確操縱納米光仍然是一個突出的問題。由於納米光（LSPR）的性質是由尖端的納米結構決定的，因此其操作需要納米級的精細加工技術。

此外，由於電磁場的強增強效應，限制在納米腔中的納米光是非常重要的，這使得超靈敏的納米成像和光譜技術成為可能。

柏林Fritz-Haber研究所由Kumagai博士領導的一個研究小組，現在證明通過使用聚焦離子束（FIB）研磨技術精確地塑造等離子體金尖端，可以實現納米光譜的操控。

作為一個示例，他們製作了一個非常尖銳的尖端，軸上有一個凹槽，如掃描電子顯微鏡照片所示。利用掃描隧道顯微鏡結合電子光譜和光學光譜的STL方法，研究了納米光受限於由凹槽尖端和原子級平面銀表面形成的納米空腔中的光譜響應。

當在電動力學模擬中觀察到駐波的形成時，帶槽尖端的STML光譜表現出由尖端軸上表面等離子激元（SPP）Fabry-Pérot干涉引起的特徵調製。

實驗結果與模擬：（a）金FIB尖端的掃描電鏡圖像。在距離頂點一定距離（L）處形成單個凹槽（b）STL測量示意圖。處形成一個單槽。光發射（hv）是通過隧道電子（e-）在結中激發LSPR而產生的。（c）通過FIB尖端獲得的STL光譜。對有凹槽的尖端進行了光譜調製，振蕩周期取決於凹槽距離。（d）有凹槽的FIB尖端二維電場映射的電動力學模擬。在尖軸上出現SPP。

光譜調製可通過軸上的凹槽位置精確控制。他們還證明了，通過優化整體尖端形狀，可以改善SPPFabry-Pérot干涉。

這項工作顯示了將掃描探針技術與利用FIB製備等離子體尖端的納米技術相結合的巨大潛力，以研究納米空腔中納米光和光-物質相互作用的性質，這是等離子體和納米光學的一個重要前沿。

此外，FIB製造的等離子體探針一般適用於散射型掃描近場光學顯微鏡技術，從而為高精度的納米成像和光譜技術鋪平了道路。

此外，等離子體尖端強近場的光譜控制為實現低能量電子顯微鏡和全息照相技術的相干激光觸發電子點源開闢了新的機遇。

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