MircoSystems,MacroWorlds!
西安交通大学杨树明团队研究了低维材料近红外波段高阶近场成像方法。5阶信号表现出良好的信噪比和稳定性，有利于高级近场光学成像。实现了使用s-SNOM对表面等离子体激元激发和表面传播的检测，拓展了s-SNOM在近场成像中的应用。对石墨烯-硅纳米台阶和碳纳米管的测量表明，在1550 nm的激发下，石墨烯边缘和碳纳米管表面都发生了等离子体激元激发和传播。此外，该方法对金膜的测量结果表明，该方法可以获得比原子力显微镜更高的横向分辨率。文章为利用s-SNOM对低维材料进行高分辨率测量提供了一种先进的方法，在灵敏的纳米级成像方面具有巨大的潜力。
文章亮点
• 提出了一种基于散射式近场光学显微镜成像原理的超分辨率测量方法，可以测量到小于探针针尖半径的结构。
• 对石墨烯和碳纳米管的表面近场信号进行了研究，通过仿真和实验，获得了石墨烯以及碳纳米管表面等离激元激发和传播的图像。
• 利用高阶近场信号的高信噪比特性，提高散射式近场光学显微成像方法的分辨率，并在对金纳米粒子的研究中得到了优于原子力显微镜的分辨率。
研究背景及目的
目前已有的近场光学显微镜提高信噪比的方法主要有零差干涉，外差干涉和伪外差干涉等方法，这些方法通常需要繁杂的外置干涉光路，对系统的稳定性和再现性提出了较大的挑战。
针对近场光学显微镜当前存在的问题，如扫描分辨率不及预期，对样品的要求较高导致的测量范围受限等问题，作者团队利用高阶进场信号提高信噪比和分辨能力。
研究内容
文章利用了散射式近场光学显微镜的散射收集模式，利用锁相放大器从所收集到的近场信号中提取出高阶信号。首先对探针接近样品过程中的各阶信号强度和信噪比进行了研究，选择出了较合适的信号阶次。进一步的对石墨烯、碳纳米管和金纳米颗粒进行了研究，得到了清晰的表面等离激元激发和传播图像，并提高了近场光学显微镜的分辨率，使其在特定情况下实现了超越原子力显微镜的分辨能力。
未来展望
下一步作者团队计划利用复合纳米探针技术，提高扫描探针显微镜对大深宽比样品的测量能力，并借助纳米管/线类材料稳定实现小于传统探针针尖曲率半径级别的分辨能力。
作者介绍
第一作者：
赵书浩，西安交通大学机械工程学院。主要研究领域为扫描探针显微镜，纳米光学。
通讯作者：
杨树明，西安交通大学教授、博士生导师。主要研究领域包括微纳制造及测量、智能制造及精密测量、原子级制造等。发表学术论文300余篇，出版专著3部和论文集5部，立项国家标准2项，授权/公开国际国内发明专利100余件，获科技奖励10余项等。