導讀：

近日，國務院印發《推動大規模設備更新和消費品以舊換新行動方案》，方案大力支持設備以舊換新。Neaspec公司致力于前沿創新光譜技術發展，不斷拓展前瞻性應用，研發推出的全新一代納米空間分辨超快光譜和成像系統——neaSCOPE^+fs，更是將納米光學研究推向新高度。

近年來，掃描近場光學顯微鏡和超快激光器的結合，為超快科學注入了更為前沿的創新技術，已成為光物理、凝聚態物理、材料科學、微納加工、化學動力學和生命科學等學科取得新突破的重要手段。德國attocube公司研發推出的全新一代納米空間分辨超快光譜和成像系統——neaSCOPE^+fs是一款在相同探測區域同步探測AFM三維物態形貌、超分辨光學成像和光譜掃描的綜合納米光學測量系統。設備極大的提高了光學分辨率，能夠在可見、紅外、太赫茲全波段范圍內，實現優于10 nm空間分辨率的光學成像與光譜測量。在全新技術的加持下，neaSCOPE^+fs同時支持針尖增強拉曼（TERS）、納米光致發光（nano-PL）和fs超快光譜（ultrafast nanoscopy）等功能的聯用。同時，AFM具備多關聯通道，支持拓展c-AFM、KPFM、PFM、TFM和nano-photocurrent等先進力學和電學表征功能。適用于研究低維材料、量子材料、半導體材料、光伏和新能源材料、有機無機復合材料、高分子材料和生命科學等材料。

圖1、 納米空間分辨超快光譜和成像系統

neaSCOPE超快泵浦-探測納米顯微鏡技術通過提供具有納米尺度空間分辨率的時間分辨光譜，實現對納米材料中動態過程的研究。該顯微鏡可檢測探針散射光的振幅和相位，提供樣品反射率和吸收率信息。特殊的全反射光學元件有助于利用中紅外、近紅外、太赫茲、可見光甚至紫外光譜范圍的光源。納米級紅外光譜學設計能夠在10-20 nm的空間分辨率下進行超快光學成像和瞬態光譜采集。系統配備了豐富的泵浦源（390 nm、525 nm、780 nm、1050 nm、1560 nm）和探測源（650cm^-1-2200cm^-1）、（0.5-2THz）可供選擇，能夠對樣品在納米尺度進行百毫瓦和瓦級的泵浦激勵。同時，該系統支持第三方光源集成，如OPO、DFG、自由電子激光、強場太赫茲源、太赫茲光頻梳和同步輻射等先進光源。

圖2、 基于雙光路設計的泵浦-探測超快光路示意圖

Nature Comm：納米時-空分辨技術在掃描近場顯微鏡中的應用

圖3、層狀半導體中雙曲瞬態等離激元的調控

黑磷的電子能帶和光學介電常數的各向異性可導致顯著的各向異性光電導率，這表明黑磷可能支持雙曲等離激元，但其本征載流子的低摻雜水平阻礙了對其雙曲等離激元的觀測。

近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心陳佳寧研究員，與國家納米科學中心戴慶研究員、劉前研究員、蘇州實驗室薛孟飛副研究員合作，通過超快飛秒激光脈沖誘導黑磷的介電張量出現相反的符號，激活并實現了黑磷中低損耗瞬態雙曲等離激元的主動調控。通常情況下，光誘導電子躍遷會顯著提高半導體的載流子密度，這為光學調控等離激元提供了一條實用途徑。在這項工作中，通過光泵浦過程將大量熱載流子注入黑磷，從而激發并直接觀測到了穩態下不存在的雙曲等離激元。由此產生的非平衡態使光學等頻面從原始的橢球形拓撲轉變為罕見的瞬態雙曲面形。此外，對不同泵浦探測延遲下非平衡態的動力學分析表明，黑磷的雙曲等離激元可以同時存在約5 ps的傳播態模式與約40 ps的邊界局域模式。相關研究成果以“Manipulating hyperbolic transient plasmons in a layered semiconductor”為題發表于Nature Communications, 15, 709 (2024)。

圖4 、瞬態等離激元的動力學過程

Nature Photonics：光泵浦太赫茲探測近場顯微鏡的在范德華異質結層間超快探測的應用

量子力學中最基本的表現之一——隧道效應（Tunnelling），以及近期光波驅動的掃描隧道顯微鏡（STM）技術的出現，通過直接解析電導樣品中的電子隧道效應，很大程度改變了超快納米科學。太赫茲近場顯微鏡（ultrafast THz-SNOM）能夠用于在絕緣體中進行隧道過程的超快納米視頻觀測，可作為對材料量子效應觀測的互補技術。太赫茲“近場”隱失波能夠反映探測電子-空穴對的局部極化率隨時間演變，利用亞周期時間分辨率進行檢測。

來自德國雷根斯堡大學的物理系和超快納米顯微鏡雷根斯堡中心的R. Huber團隊利用太赫茲頻率的超快散射型掃描近場光學顯微鏡（ultrafast THz-SNOM），作為一種非侵入性、亞周期和無接觸的探針，用于在絕緣基底上的WSe₂/WS₂異質結構中探測電荷轉移動力學。基于層間隧道過程中電子-空穴對極化率的關鍵變化，結合密度泛函理論，并通過與超快電荷分離直接相關的太赫茲發射進行確認。觀測到了太赫茲近場追蹤的瞬態亞周期極化率，以繪制層間電子-空穴對種群的納米尺度積累和衰減過程。觀測了范德瓦爾斯異質雙層中的飛秒層間傳輸，并揭示了在深度亞波長納米尺度上局部層間激子形成和消失的顯著變化。這種無接觸的隧道誘導動力學納米顯微鏡技術應該適用于導體和非導體樣品，并揭示了超快傳輸過程如何塑造各種凝聚態物質系統中的功能性質。該工作以 “Subcycle contact-free nanoscopy of ultrafast interlayer transport in atomically thin heterostructures”為題發表在Nature Photonics。

圖5：超快太赫茲發射納米顯微術來測量超快層間隧道效應的時間（左），利用超快的納米近場顯微術來研究隧道效率和電子-空穴對壽命的納米尺度上的非均勻性

作者通過使用neaSCOPE^+fs技術測量了WSe₂/WS₂異質層表面上局部THz響應的變化，從而提供了激子結合強度和壽命的精確圖譜。延長壽命的區域表明存在有利的局部原子排列（例如應力、扭曲角度等）。此外，泵浦引起的激子之間的層間隧道傳輸會產生一個垂直于平面的電流，作為相干THz輻射的源。neaSCOPE^+fs能夠在亞周期時間尺度上測量這種輻射，直接獲得飛秒級電荷轉移動力學（包括隧道電流和時間常數）。這展示了對Mott相變、能量收集和光發射等過程進行超快原位研究，針對納米尺度上原子薄異質結構的進展，旨在開發先進的功能性納米材料。

國內部分高水平文章：

國內發表文章總計超過 150 篇；影響因子 >10 文章超過 70 篇

Nature Ghost hyperbolic surface polaritons in bulk anisotropic crystals

Science Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons

Nature Nanotechnology Hyperbolic whispering-gallery phonon polaritons in boron nitride nanotubes

Nature Nanotechnology Real-space nanoimaging of hyperbolic shear polaritons in a monoclinic crystal

Nature Nanotechnology Doping-driven topological polaritons in grapheneα-MoO₃ heterostructures

Nat. Mater. Broad spectral tuning of ultra-low-loss polaritons in a van der Waals crystal by intercalation 35.75

Nat. Phys. Moiré engineering of electronic phenomena in correlated oxides

Nano Lett. Revealing the Interaction of Charge Carrier–Phonon Coupling by Quantification of Electronic Properties at the SrTiO₃/TiO₂ Heterointerface

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