由于輝銻礦是一種有效的半導(dǎo)體(即，它具有高吸收系數(shù)和載流子遷移率)，因此其納米結(jié)構(gòu)有望成為用于全光信號(hào)處理和計(jì)算的光開關(guān)材料。奧爾登堡大學(xué)物理研究所的研究員佩特拉·格羅斯(PetraGroß)解釋說(shuō)：“用輝石在很大程度上透明的波長(zhǎng)的近紅外光照明，可以導(dǎo)致其折射率的超快變化。這意味著在表面上圖案化的輝銻礦納米粒子可以通過(guò)紅外光脈沖來(lái)切換光學(xué)性能，例如顏色外觀的反射。”
如果將輝銻礦納米結(jié)構(gòu)用于可切換的納米器件中，那么高光學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。發(fā)表在Advanced Photonics上的最新研究調(diào)查了輝銻礦納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。這項(xiàng)研究表明輝銻礦納米點(diǎn)可以充當(dāng)高光學(xué)質(zhì)量的波導(dǎo)。這一發(fā)現(xiàn)，加上簡(jiǎn)便的2D和3D結(jié)構(gòu)化能力以及令人感興趣的光學(xué)性能，表明輝銻礦納米結(jié)構(gòu)作為可轉(zhuǎn)換材料在未來(lái)的應(yīng)用中具有很大的潛力。
輝銻礦納米點(diǎn)
該研究的主要作者詹金欣目前是奧爾登堡大學(xué)克里斯托夫·利瑙教授的近場(chǎng)光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生。詹解釋說(shuō)，輝石的電子顯微鏡圖像顯示表面相當(dāng)不平坦。詹和她的團(tuán)隊(duì)與康斯坦茨大學(xué)的研究人員合作，旨在通過(guò)研究輝石表面上的輝石納米點(diǎn)(直徑為400 nm)來(lái)估計(jì)輝石納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。
詹說(shuō)：“這樣的光學(xué)檢查很困難。納米結(jié)構(gòu)的尺寸通常小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，因此光譜測(cè)量通常僅對(duì)多個(gè)納米結(jié)構(gòu)的集合體進(jìn)行。”
納米粒子聚焦
為了實(shí)現(xiàn)困難的光學(xué)檢查，Zhan和她的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的近場(chǎng)光譜學(xué)，可以對(duì)單個(gè)納米粒子進(jìn)行光學(xué)研究。它基于散射型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SOM)，在該顯微鏡中，將具有約10 nm曲率半徑尖頭的金探針靠近納米結(jié)構(gòu)的表面并對(duì)其進(jìn)行掃描。被尖端散射離開結(jié)構(gòu)的光被檢測(cè)器收集。
詹指出：“通常，存在大量的背景光，我們可以通過(guò)調(diào)制尖端采樣距離并將散射的光與寬帶參考激光混合來(lái)抑制這種情況。配備快速線攝像頭的單色儀使我們能夠測(cè)量在進(jìn)行光柵掃描時(shí)，在每個(gè)位置都能完成光譜分析。” 光譜帶寬為200 nm，空間分辨率約為20 nm，因此該團(tuán)隊(duì)可以研究單個(gè)納米點(diǎn)內(nèi)的光學(xué)特性或光譜解析強(qiáng)度分布。
生成的輝銻礦納米粒子圖顯示，盡管它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)研究中明顯存在不規(guī)則表面，但它們?nèi)钥沙洚?dāng)高折射率介質(zhì)波導(dǎo)。詹進(jìn)一步解釋說(shuō)：“使用我們的新方法，我們看到納米點(diǎn)上的模式輪廓與光學(xué)玻璃纖維中導(dǎo)波的模式輪廓非常相似。計(jì)算表明，直徑為400 nm的輝石的圓柱形波導(dǎo)應(yīng)支持四個(gè)這四種最低階模式的計(jì)算疊加非常符合我們的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。這些模式在我們近場(chǎng)光譜測(cè)量的整個(gè)200 nm帶寬上得到支持。”
Lienau指出，這項(xiàng)新穎的技術(shù)提供了一種全新的“觀察”微量納米材料的方式，并為研究其在超快時(shí)間尺度上的光激發(fā)動(dòng)力學(xué)打開了大門。他說(shuō)：“詹金新和PetraGroß開發(fā)的光譜技術(shù)非常有前途?，F(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)展示了具有深亞波長(zhǎng)分辨率和高靈敏度的局部光散射光譜。我們相信我們將能夠進(jìn)一步改善空間分辨率迅速達(dá)到幾納米范圍。”
