作者:Elhuyar Fundazioa 薄氮化硼层中分子振动与声子极化子(蓝波)耦合的纳米成像演示
CIC Nanoune BRTA(西班牙圣塞巴斯蒂安)的研究人员与多诺斯蒂亚国际物理中心(西班牙圣塞巴斯蒂安)和奥维耶多大学(西班牙)合作，采用光谱纳米成像技术来研究声子极化子形式的红外纳米光和分子振动如何相互作用
这些图像揭示了可以实现振动强耦合，这是一种最近由于其潜在的用于控制基本物理和化学材料性质而引起广泛关注的现象
这一结果可能会导致开发一种新的平台，用于对微量分子进行片上化学识别，并用于研究纳米尺度上强耦合现象的基本方面
这项工作已经发表在《自然光子学》上
光在现代科学技术中起着至关重要的作用，其应用范围从快速光通信到医疗诊断和激光手术
在许多这些应用中，光与物质的相互作用至关重要
在红外频率下，光可以通过分子特定频率的振动与分子相互作用
因此，分子材料可以通过测量它们的红外反射或透射光谱来识别
这项技术通常被称为红外指纹光谱，被广泛用于化学、生物和医学物质的分析
最近，人们发现红外光和分子振动之间的相互作用非常强，最终改变了材料的性质，例如导电性和化学反应性
这种效应被称为振动强耦合，当一种材料被放入光集中的微腔(通常由相距几微米的镜子形成)中时，就会发生这种效应
光和物质之间相互作用的强度很大程度上取决于物质的数量
因此，当分子数量减少时，相互作用减弱，这对红外光谱应用提出了挑战，并最终阻碍了强振动耦合的实现
这个问题可以通过将光聚集在纳米腔中或者通过压缩其波长来克服，这导致了光的限制
“通过将红外光耦合到高质量极性晶体薄层的晶格振动(声子)中，可以实现红外光的特别强的压缩
这种耦合导致了红外波——所谓的声子极化子——的形成，它们沿着晶体层传播，其波长可以比自由空间中相应光波的波长小十倍以上，”该工作的第一作者安德烈·贝林金说
现在，研究人员已经研究了分子振动和传播声子极化子之间的耦合
首先，他们在有机分子上放置了一薄层六方氮化硼(厚度小于100纳米)
六方氮化硼是一种范德华晶体，通过剥离可以很容易地获得高质量的薄层
接下来，有必要在薄氮化硼层中产生声子极化子
安德烈·贝林金说:“这不能通过将红外光照射到氮化硼层上来实现，因为光的动量比声子极化子的动量小得多。”
动量不匹配的问题在扫描近场显微镜锋利的金属尖端的帮助下得到解决，这种金属尖端充当红外光的天线，并将红外光集中到尖端的纳米级红外点，从而提供产生声子极化子所需的动量
显微镜还扮演着第二个重要角色
领导这项研究的雷纳·希伦布兰德说:“它使我们能够成像声子极化子，这些声子极化子在与附近的有机分子相互作用时沿着氮化硼传播。”
“这样我们就可以在真实空间观察声子极化子如何与分子振动耦合，从而形成混合极化子，”他补充道
在分子振动共振周围的各种红外频率下记录的这组图像揭示了各种基本方面
混合极化子在分子振动频率下被强烈衰减，这对于未来的片上传感应用可能是有意义的
光谱分辨图像还显示波以负群速度传播，并且最重要的是，声子极化子和分子振动之间的耦合如此强，以至于它落入振动强耦合的范围
“借助电磁计算，我们可以证实我们的实验结果，并进一步预测即使在几个原子厚的氮化硼层和分子之间，强耦合也是可能的，”阿列克谢·尼基丁说
在极端纳米尺度上的强振动耦合的可能性可以在未来用于发展超灵敏光谱装置或研究强振动耦合的量子方面，这是迄今为止还不能达到的
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
