1 北京航空航天大学电子信息工程学院，北京 100191
2 电子科技大学物理学院，四川 成都 611731
3 中国科学院物理研究所，北京 100191
4 张江实验室，上海 201210
基于自旋电子材料的太赫兹（THz）发射器具有高效率、超宽带、低成本、易集成等许多独特优势，不仅能够应用在高重复频率激光振荡器驱动的THz时域光谱仪上，而且在高能飞秒激光放大器驱动下能够产生强场THz电磁脉冲，在THz谱学成像、强场THz物理等方面已展现出重要的应用价值。然而，以往基于自旋电子产生THz电磁波的辐射机理和器件研制方面的工作均基于远场THz时域光谱技术，得到的结果是对泵浦激光光斑作用面积的THz发射信息的平均，无法给出材料在微纳尺度上的超快自旋电流以及THz发射性能方面的有用信息。本工作采用光纤飞秒激光器驱动的超快THz散射型扫描近场光学显微成像技术，研究了铁磁异质结材料钨/钴铁硼/铂（W/CoFeB/Pt）在纳米空间尺度下的自旋电子太赫兹发射性能，在横向百纳米尺度上获得了高信噪比的自旋电子THz发射，为纳米空间分辨上实现THz频率的超快自旋电流的产生、探测、操控等提供了新方法，对超快THz自旋光电子学的发展有一定的参考价值。
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0325001
1 中山大学光电材料与技术国家重点实验室，广东省显示材料与技术重点实验室，中山大学电子与信息工程学院，广东 广州 510275
2 复旦大学芯片与系统研究院，上海 200433
3 广东大湾区空天信息研究院，广东 广州 510700
4 深圳京鲁计算科学应用研究院，广东 深圳 518131
在中红外至太赫兹的电磁场长波谱段，二维范德瓦耳斯晶体石墨烯和α-MoO3能够分别支持等离极化激元和双曲声子极化激元，实现对长波电磁场的纳米尺度聚焦和调控。不同类型极化激元之间的杂化可以进一步丰富极化激元物理特性，为纳米尺度下的电磁场调控带来更多维度。为此开展了α-MoO3薄片和单层石墨烯异质叠层结构声子极化激元-等离极化激元杂化研究。在理论上通过求解二维光波导麦克斯韦波动方程，分析了α-MoO3/石墨烯异质叠层结构中声子极化激元-等离极化激元杂化激元波导模式的传播特性，计算了波导模式的色散关系，揭示了α-MoO3/石墨烯异质叠层结构特有的电磁场传输机制。在实验上通过干法转移制备了α-MoO3/单层石墨烯异质叠层结构，并采用散射式扫描近场光学显微镜对该异质结构的杂化极化激元特性进行了三维空间纳米光学成像表征，验证了理论结果。研究结果为计算范德瓦耳斯二维晶体叠层结构的杂化极化激元特性提供了定量模型，为研究二维晶体中不同类型的极化激元之间的相互作用及其机制提供了理论和实验参考。
材料 声子极化激元 等离极化激元 杂化极化激元 二维范德瓦耳斯晶体 异质叠层结构 散射式扫描近场光学显微镜
1 四川师范大学 物理与电子工程学院，四川 成都 610066
2 四川大学 物理学院，四川 成都 610065
3 复旦大学 应用表面物理国家重点实验室，上海 200438
4 复旦大学 物理学系，上海 200438
研究了过渡金属硫族化合物碲化钨的近场光学响应，通过Drude-Lorentz模型拟合得到其块材在室温下的介电常数，并利用有限偶极模型计算出碲化钨样品与金刚石基底的近场散射信号比。当样品边缘未出现散射信号增强时，实验结果与理论模型符合较好；当样品边缘出现信号增强现象时，理论模型与实验观测结果不符，说明这部分样品的光学性质并不能完全由块材所描述，从而推测样品表面具有与块材无耦合作用的碲化钨纳米薄层，同时对在样品边缘很强的近场散射信号给出了可能的解释。这个工作为今后对拓扑材料的光学研究提供了参考。
碲化钨薄膜 近场光学成像 介电常数 拓扑 thin film of WTe2 near-field optical microscopy dielectric function topology 光子学报
2021, 50(11): 1111001
1 贵州大学贵州省光电子技术及应用重点实验室, 贵州 贵阳 550025
2 贵州大学医学院, 贵州 贵阳 550025
利用TiN纳米粒子对CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜构成的异质结的表面荧光增强效应进行了实验研究。采用电化学沉积的方法,将TiN纳米粒子沉积于多孔Al2O3薄膜表面,再将胶体CdSe量子点自组装于TiN/Al2O3薄膜的表面,进而制备了CdSe/TiN/Al2O3异质结。同时,利用扫描近场光学显微镜测量了CdSe/TiN/Al2O3异质结的表面增强荧光效应。结果表明,由于TiN具有良好的电子传输特性,提高了CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜之间的光生电子转移效率,进而增强了多孔Al2O3薄膜界面的荧光。该研究结果可广泛应用于光伏、光显示、光传感及纳米生物成像等领域。
表面光学 表面增强荧光 CdSe/Al2O3异质结 TiN纳米粒子 CdSe量子点 扫描近场光学显微镜
1 南开大学 电子信息与光学工程学院 现代光学研究所, 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院, 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
采用电磁场有限元方法, 数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy, a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构, 改变天线 长度和纳米间隙尺寸, 计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线, 实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量, 对于100 nm通光孔径的 探针, 可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果, 表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面 等离激元的激发.
纳米光子学 偶极天线 扫描近场光学显微镜 分辨率 探针 间隙表面等离激元 远场辐射速率 Nanophotonics Dipole antenna Scanning near-field optical microscope Resolution Probe Gap surface plasmon polariton Radiative emission rate
