作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 用于全光谱纳米分析的白光等离子体纳米聚焦
白光等离子体纳米聚焦和光谱带隙纳米分析示意图
(二)用于模拟的锥形金属结构示意图
(三)不同波矢的波的叠加
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aba4179 基于尖锐金属纳米结构附近的等离子体共振激子的纳米光源在光学纳米成像中引起了极大的兴趣
然而，共振现象只适用于与等离子体共振的一种波长
与等离激元共振相比，替代的等离激元纳米聚焦方法可以通过在锥形金属纳米结构上传播和压缩等离激元来产生纳米光源，这与波长无关，因为它依赖于传播
在《科学进展》的一份新报告中，日本的应用物理和化学研究小组通过等离子体纳米聚焦产生了一种跨越整个可见光范围的白色纳米光源
利用这个过程，他们展示了碳纳米管的光谱带隙纳米成像
白色纳米光源的实验演示将使不同的研究领域朝着下一代纳米光技术的方向发展
在有限的纳米体积中，多种波长的光共存可以构成一种有趣的光学效应
因此，独特的纳米光为不同研究领域提供了一个很有前途的平台，它提供了在一系列波长范围内探测样品的机会，或者在纳米尺度上诱导不同波长之间的光-光相互作用
近几十年来，光学天线在通过金属纳米结构中的局域等离子体共振将光限制在纳米尺度方面发挥了重要作用，导致了包括光场增强在内的纳米光领域前所未有的研究
由于等离子体共振是一种共振现象，它不能促进宽带纳米光的产生，因此，作为产生纳米光源的替代物，等离子体纳米聚焦已经获得了更广泛的关注
在这个过程中，纳米级光源可以通过在金属锥形超结构的顶点传播和超聚焦表面等离子体激元来设计
这项工作极大地增强了纳米尺度的光场，达到顶点，并产生了无背景照明
科学家已经探索了四波混频的高非线性转换效率的宽带特性
等离子体纳米聚焦宽带光源是一个跨越不同研究领域的强大工具
用FDTD模拟评价等离子体纳米聚焦的宽带特性
FDTD模拟产生的锥形银结构顶点附近的电场分布图
比例尺，100纳米
照射白光的等离子体激元耦合器狭缝没有显示，因为它在框架之外
(乙)模拟近场光谱检测到6纳米以下的顶点
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aba4179 在这项工作中，乌马可希等人
引入了跨越整个可见波长范围的白色纳米光源——通过等离子体纳米聚焦产生
他们使用白色纳米光源展示了碳纳米管的宽带能带隙光学成像
虽然等离子体纳米聚焦可以在宽的波长范围内被激发，但是由于构成锥形结构的材料的限制，研究人员仅在近红外范围内使用它
他们使用金作为材料来形成锥形结构和较低的欧姆损耗，但是这种实验仍然是在近红外范围内，而不是在可见光或紫外范围内
Umakoshi等人
最近还开发了一种基于热蒸发形成锥形金属结构的有效制造方法，其中该结构包括具有金字塔形尖端的市售硅悬臂
以金字塔的表面为基础，他们获得了一个二维金属锥，并创造了一个极其光滑的金属涂层，适用于包括银在内的各种金属类型
使用银锥，该团队在642纳米处获得了100%再现性的高效等离子体纳米聚焦，并在宽范围的可见光波长内进行了白色等离子体纳米聚焦
悬臂尖端锥形银结构的制作
(一)悬臂尖端锥形银结构制作工艺示意图
(二)悬臂尖端制作的锥形银结构的扫描电子显微镜图像
插图显示了银层的侧视图
比例尺，2微米(插图，200纳米)
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aba4179 用于宽带等离子体纳米聚焦的锥形金属结构的设计和工程化 Umakoshi等人
开发了一种锥形金属结构，以在氧化硅金字塔尖上保持宽带白色纳米光源，并在金字塔表面涂覆一层薄银层
利用银中的200纳米单缝，他们耦合了可见光范围内的光，并使用时域有限差分(FDTD)方法计算了多个激发波长下顶点附近的电场分布
研究小组观察到，在460纳米到1200纳米的激发波长范围内，强电场局限在顶端
这项工作展示了一个200纳米宽的狭缝是如何产生一个跨越整个可见光区甚至近红外区的宽带纳米光源的
在制造过程中，科学家们使用了一种市场上可买到的金字塔形状的硅悬臂尖端
他们氧化了硅悬臂，并开发了表面粗糙度为1纳米的光滑银涂层，以减少表面等离子激元传播过程中的能量损失
等离子体纳米聚焦产生的白色纳米光源的光学观察
超连续谱激光照射下锥形银结构的光学图像
尖端和狭缝的边界位置由虚线表示
插图显示了顶点的放大图像
如箭头所示，入射偏振垂直于狭缝
(乙和丙)同一锥形银结构的光学图像，具有不同入射偏振的超连续谱激光照明，如箭头所示
顶点处光斑强度相对于入射偏振的极坐标图；0°和90°分别对应于平行和垂直极化
用超连续谱激光照射的锥形银结构的光学图像，通过一系列由中心波长指示的带通滤波器观察
锥形银结构顶点处光斑的散射光谱
a
u
，任意单位
在尖端顶点计算的模拟近场光谱
比例尺，2微米(A和E)
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aba4179 通过等离子体纳米聚焦产生白光源并进行光谱带隙成像 为了理解通过基于等离子体纳米聚焦的锥形结构产生受限白光的过程，该团队用跨越宽范围波长的相干超连续谱激光照亮了狭缝结构
当入射偏振垂直于狭缝时，他们注意到设置中的最佳耦合与模拟一致
随着波长的缩短，散射效率增加
因此，研究小组通过实验观察到在较短的波长范围内有较高的强度
他们使用等离子体纳米聚焦白光光源对碳纳米管进行光谱纳米分析
在实验过程中，位于顶端的白色纳米光源与含有多个带隙的碳纳米管束相互作用
在实验过程中，散射信号增加，表明光子的能量与碳纳米管的带隙相同
Umakoshi等人
然后结合拉曼光谱来检测碳纳米管样品的手性
利用白色纳米光源对碳纳米管进行光学纳米成像
碳纳米管束的原子力显微镜图像
在图像的左侧和右侧观察到的结构分别是金属碳纳米管和半导体碳纳米管，这是在样品制备过程中确定的
比例尺，100纳米
(二)硫碳纳米管和碳纳米管的近场光谱，分别由(一)中蓝色和红色十字表示的位置获得
(三)沿(一)中虚线逐像素获得的近场光谱
分别在620、680和730纳米处构建的带隙图像
比例尺，100纳米
学分:科学进步，doi: 10
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aba4179 这项工作中的等离子体聚焦白光光源是带隙纳米成像的基本和有效的光状态
这项工作将为各种可能的应用铺平道路，包括探测生物分子，以了解它们在纳米级空间分辨率下的吸收特性
一种中红外宽带纳米光源也将在材料科学和分子生物学领域发挥作用
这项技术还可以提高表面增强拉曼光谱研究分子振动的分析能力
通过这种方式，Takayuki Umakoshi和他的同事利用等离子体纳米聚焦技术在锥形银结构的顶端产生了一个白色纳米光源，用于碳纳米管的纳米分析
该团队设计并制造了一种锥形结构，可以在宽波长范围内诱导等离子体纳米聚焦
光谱带隙技术将在纳米尺度上广泛应用于材料科学和生物研究
所展示的工作只是一个例子，基于一个功能强大的基本纳米光学工具和出色的波长灵活性，可以实现多种应用
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