一、 neaspec推出全新一代納米光譜與成像系統(tǒng)neaSCOPE系列產(chǎn)品

　　近期，全球知名納米顯微鏡領(lǐng)域制造商neaspec推出了納米光學(xué)顯微鏡neaSCOPE全新一代系列產(chǎn)品，加載了全新技術(shù)，拓展了產(chǎn)品功能，以滿足客戶多樣的實驗需求。neaSCOPE是基于針尖增強的納米成像和光譜，以應(yīng)用為目的，滿足客戶在科學(xué)，工程和工業(yè)研究等不同領(lǐng)域的科研需求。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性，neaSCOPE已成為納米光學(xué)領(lǐng)域熱點研究方向的科研設(shè)備，在等離子激元、二維材料聲子化、半導(dǎo)體載流子濃度分布、生物材料紅外表征、電子激發(fā)及衰減過程等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。

　　neaSCOPE技術(shù)特點和優(yōu)勢包括：

　　? 行業(yè)的針尖增強技術(shù)，高質(zhì)量的納米分析實驗數(shù)據(jù)。

　　? 采用模塊化設(shè)計，針對用戶的實驗需求量身定制配置，同時兼顧未來的升需求，無需重復(fù)購置主機。

　　? 軟件使用方便，提供交互式用戶引導(dǎo)功能，讓新用戶也能快速上手。流程化的軟件界面，逐步引導(dǎo)用戶輕松完成實驗操作。

　　? 功能多樣、可靠性高，已得到大量發(fā)表文章的印證，在納米光學(xué)領(lǐng)域有很深的影響力，是國內(nèi)外實驗室的頭號選擇。

　　二、neaSCOPE全新一代產(chǎn)品型號

　　IR-neaSCOPE：基于AFM 針尖的激光誘導(dǎo)光熱膨脹的納米紅外成像和光譜。

　　IR-neaSCOPE可測量納米紅外吸收譜。該設(shè)備利用AFM-IR機械信號來檢測樣品中激光誘導(dǎo)的光熱膨脹。IR-neaSCOPE無需紅外探測器和光學(xué)干涉儀，為熱膨脹系數(shù)大的樣品（如聚合物、生物材料等）提供了一種經(jīng)濟高效的納米紅外成像及光譜研究的解決方案。IR-neaSCOPE提供紅外吸收成像，點光譜和高光譜成像，并可升到IR-neaSCOPE+s，拓展更多功能，實現(xiàn)更多種類材料的研究。

　　? 將樣品的光學(xué)與機械性質(zhì)有效地去耦，實現(xiàn)無偽影的吸收測量。

　　? 將激光地聚焦在探針上，實現(xiàn)優(yōu)化條件下對樣品的無損表征。

　　? 互動式軟件界面，幫助新用戶直接上手，獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

　　IR-neaSCOPE^+s：探測商用AFM針尖的彈性散射光，實現(xiàn)納米紅外成像和光譜。

　　IR-neaSCOPE^+s能實現(xiàn)10 nm空間分辨率的化學(xué)分析和電磁場成像。該設(shè)備利用先進的近場光學(xué)顯微鏡技術(shù)來測量紅外吸收和反射率，以及局部電磁場的振幅和相位。設(shè)備支持紅外納米成像、點光譜、高光譜、以及納米 FTIR，可使用CW照明源，寬波激光器，以及同步輻射源。IR-neaSCOPE^+s在有機和無機材料分析方面具有廣泛的應(yīng)用案例以及特殊的近場表征手段，如定量s-SNOM或亞表面分析。

　　? 同時探測樣品吸收和反射，適用于各類型材料。

　　? 快速可靠的s-SNOM成像和光譜系統(tǒng)，在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)產(chǎn)出。

　　? 結(jié)合多光路設(shè)計和多項技術(shù)，實現(xiàn)大量選配功能（納米 FTIR、透射、底部照明、光電流等）。

　　...…

　　VIS-neaSCOPE^+s：局部電磁場偏振分辨的近場成像（振幅和相位）。

　　VIS-neaSCOPE^+s優(yōu)化了可見光波長范圍內(nèi)的振幅和相位的矢量場成像。利用的s-SNOM技術(shù)實現(xiàn)對等離子體納米結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的近場成像和光譜研究。VIS-neaSCOPE^+s提供靈活的光路配置，能夠進行偏振測量、側(cè)面和底部照明。同時支持升納米FTIR 和TERS功能。

　　? 檢測局域電磁場的振幅和相位，實現(xiàn)對波衰減、模場和色散的全面表征。

　　? 的100%無背景檢測技術(shù)和穩(wěn)定的無像差對焦，保證在可見光全波數(shù)范圍內(nèi)的實驗結(jié)果。

　　? 靈活的光路選配，可將光源聚焦到樣品或探針上，適用于等離子體不同的研究方向。

　　THz-neaSCOPE^+s：納米尺度太赫茲 （THz） 近場成像和光譜多功能平臺。

　　THz-neaSCOPE^+s可在納米尺度上實現(xiàn)太赫茲成像和光譜。該設(shè)備基于完全集成的緊湊型 THz-TDS 系統(tǒng)，可直接用于半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)、二維納米材料和新型復(fù)合材料系統(tǒng)的電導(dǎo)率研究。THz-neaSCOPE^+s同時支持用戶自由耦合太赫茲和亞太赫茲源，并集成了市面上SPM儀器中的軟件界面，是強大的納米太赫茲分析儀器。

　　? 全反射光路，大程度上兼容寬波和單波太赫茲源，覆蓋全部光譜范圍。

　　? 模塊化設(shè)計和多光束路徑設(shè)計，支持多種分析功能，包括光電流、泵浦以及納米FTIR。

　　? 基于THz-TDS 技術(shù)，實現(xiàn)緊湊且完全集成的太赫茲納米光譜。

　　IR-neaSCOPE^+fs：10 fs 時間分辨率和 10 nm 空間分辨率的超快泵浦光譜。

　　IR-neaSCOPE^+fs實現(xiàn)了泵浦光譜空間分辨率的突破。設(shè)備基于納米FTIR 的fs激光系統(tǒng)，提供完全集成的硬件和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)納米的時間動態(tài)研究。該系統(tǒng)具備的雙光路設(shè)計、無色散光學(xué)元件、以及可選配的SDK，兼容各種泵浦激光器，使用成熟的高功率實驗配置進行突破性的超快研究。

　　? 完全集成的系統(tǒng)，幫助用戶免于復(fù)雜的設(shè)備調(diào)試，專注于研究本身。

　　? 無芯片的光學(xué)元件進行光聚焦和收集達到大時間分辨率。

　　? 靈活的硬件和軟件界面，可根據(jù)客戶實驗需求定制。

　　IR-neaSCOPE^+TERs：nano-FTIR與nano-PL和TERS相結(jié)合，突破性的納米尺度光譜探測技術(shù)。

　　IR-neaSCOPE^+TERs將納米FTIR與針尖增強拉曼TERS和光致發(fā)光（PL）光譜相結(jié)合，在同一顯微鏡內(nèi)利用彈性和非彈性散射光同時進行表征。該系統(tǒng)通過簡單的光路校準可實現(xiàn)互補的紅外光和可見光散射，可使用商用鍍金的AFM探針進行穩(wěn)定的納米拉曼和PL表征。

　　? 模塊化設(shè)計和多光路設(shè)計，實現(xiàn)AFM探針在同一位置的納米FTIR和納米拉曼/PL光譜。

　　? 通過簡單的光路校準收集AFM探針針尖的強彈性散射光。

　　? 使用商用AFM探針獲得大TERS 信號。

　　? 優(yōu)化的軟件數(shù)據(jù)收集處理，在同一用戶界面進行所有測量。

　　cryo-neaSCOPE^+xs：超低溫環(huán)境納米光學(xué)成像和光譜。

　　cryo-neaSCOPE^+xs可在端低溫下實現(xiàn)近場光學(xué)納米成像和納米光譜。該設(shè)備可獲得高質(zhì)量的近場信號，且支持可見光、紅外光、以及太赫茲源。因此，該系統(tǒng)可實現(xiàn)10 K以下不同能相關(guān)的研究。cryo-neaSCOPE^+xs基于全自動干式低溫恒溫器，無需液氦。該系統(tǒng)同時具備共聚焦以及接電功能，以實現(xiàn)低溫條件下的多功能研究。

　　? 的s-SNOM和納米FTIR技術(shù)，實現(xiàn)低溫下納米光學(xué)分析，溫度低至<10K。

　　? 使用neaspec 照明和檢測模塊，兼容紅外到太赫茲光源，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

　　? 使用全自動閉式循環(huán)高真空干式低溫恒溫器，降溫速度快，使用成本低。

　　三、背景簡介

　　neaspec創(chuàng)立于2007年，起源于德國馬克斯普朗克研究所，因其在納米分析領(lǐng)域的一系列突破性技術(shù)而受到廣泛關(guān)注。neaspec和Quantum Design結(jié)為全球戰(zhàn)略合作伙伴，并于2013年次引入中國。產(chǎn)品經(jīng)過多次升換代，設(shè)備的各方面性能均已達到高度優(yōu)化。目前在國內(nèi)的用戶包括清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中山大學(xué)、中科院諸研究所等高校和研究所。此次升使得系統(tǒng)在軟件用戶交互性、模塊化、后續(xù)升兼容性方面具有更大的提升。

　　四、應(yīng)用案例

　　1. Nature: 雙層旋轉(zhuǎn)的范德瓦爾斯材料中的拓撲化激元和光學(xué)魔角相關(guān)產(chǎn)品：IR-neaSCOPE^+s

　　2018年W. Ma等在Nature報道了范德瓦爾斯材料α-MoO3 中的面內(nèi)雙曲聲子化激元的重要發(fā)現(xiàn)。2020年6月，G.W. Hu等在此基礎(chǔ)上通過理論預(yù)測并在實驗上證實了雙層旋轉(zhuǎn)范德瓦爾斯材料α-MoO3體系，可以實現(xiàn)由轉(zhuǎn)角控制的聲子化激元從雙曲到橢圓能帶間的拓撲變換。在這個變換角附近，光學(xué)能帶變成平帶，從而實現(xiàn)激元的直線無衍射傳播。類比于雙層旋轉(zhuǎn)石墨烯中的電子在費米面的平帶，作者因此將這一轉(zhuǎn)角命名為光學(xué)魔角。

　　研究中作者采用散射型近場光學(xué)顯微鏡（s-SNOM）對雙層α-MoO3 旋轉(zhuǎn)體系進行掃描測試。實驗結(jié)果顯示，在接近魔角時，光學(xué)能帶變平，聲子化激元沿直線無衍射傳播。此外，通過測試不同轉(zhuǎn)角的雙層體系，作者成功觀測到在不同頻段大幅可調(diào)的低損耗拓撲轉(zhuǎn)換和光學(xué)魔角。這一重要發(fā)現(xiàn)奠定了“轉(zhuǎn)角光子學(xué)”的基礎(chǔ)，為光學(xué)能帶調(diào)制、納米光操控和超低損耗量子光學(xué)開辟了新的途徑，同時也衍生出“轉(zhuǎn)角化激元”這一重要分支研究方向，為進一步發(fā)展“轉(zhuǎn)角聲學(xué)”或“轉(zhuǎn)角微波系統(tǒng)”提供了重要的線索和啟發(fā)。（引自：中國光學(xué)-公眾號，2020年6月11日《Nature：光學(xué)魔角！二維材料轉(zhuǎn)角遇見光》）

　　【參考】Topological polaritons and photonic magic angles in twisted α-MoO₃bilayers. Nature, 2020, 582, 209-213.

　　2. Nature: 天然雙曲材料的聲子化研究 相關(guān)產(chǎn)品：IR-neaSCOPE^+s

　　W. Ma在自然材料體系（α-MoO₃）中觀察到在平面內(nèi)各項異性傳播的聲子化激元，包括傳播速度不同的平面橢圓型和單向傳播的平面雙曲型聲子化激元；并發(fā)現(xiàn)了在α-MoO₃中支持的聲子化激元具有低的損耗。實驗發(fā)現(xiàn)，α相三氧化鉬在兩個光譜范圍內(nèi)存在兩個剩余射線帶，聲子化激元的傳播行為在兩個剩余射線帶內(nèi)表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。在低剩余射線帶內(nèi)，α相三氧化鉬可以在中紅外波段支持雙曲型聲子化激元，也就是說聲子化激元僅沿一個方向傳播([001]方向)，在垂直方向[100]的傳播完全被抑制，這種化激元有多種具吸引力的性質(zhì)，它具有強的場局域特性，可以支持厚度可調(diào)節(jié)的波導(dǎo)模式，并且損耗低。而在另外一個剩余射線帶內(nèi),α相三氧化鉬在中紅外波段支持橢圓型聲子化激元,化激元沿著[001]和垂直方向[100]以不同的波長進行傳播，這種化激元傳播壽命高達約8 ±1 ps，遠高于目前已知的高壽命。研究進一步促進了光學(xué)器件的微型化和多元的調(diào)制特性，并且再次證明自然材料中仍然具有無窮的挖掘潛力。

　　【參考】 In-plane anisotropic and ultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal. Nature, 2018, 562, 557–562.

　　3. 納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)在范德瓦爾斯半導(dǎo)體研究中的應(yīng)用 相關(guān)產(chǎn)品：IR-neaSCOPE^+fs

　　近年來，范德瓦爾斯（vdW）材料中的表面化激元(SP)研究，例如等離化激元、聲子化激元、激子化激元以及其他形式化激元等，受到了廣大科研工作者的關(guān)注，成為了低維材料領(lǐng)域納米光學(xué)研究的熱點。其中，范德瓦爾斯原子層狀晶體存在特的激子化激元，可誘導(dǎo)可見光到太赫茲廣闊電磁頻譜范圍內(nèi)的光學(xué)波導(dǎo)。同時，具有較強的激子共振可以實現(xiàn)非熱刺激（包括靜電門控和光激發(fā)）的光波導(dǎo)調(diào)控。

　　2020年7月，美國哥倫比亞大學(xué)Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上發(fā)表了題為：“Femtosecond exciton dynamics in WSe₂optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦爾斯半導(dǎo)體中的WSe₂材料為例，利用德國neaspec公司的納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)，通過飛秒激光激發(fā)研究了WSe₂材料中光波導(dǎo)在空間和時間中的電場分布，并成功提取了飛秒光激發(fā)后光學(xué)常數(shù)的時間演化關(guān)系。同時，研究者也通過監(jiān)視波導(dǎo)模式的相速度，探測了WSe₂材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光學(xué)斯塔克（Stark）位移。

　　【參考】 Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications, 11, 3567 (2020)

　　4. ACS Nano：光致發(fā)光、拉曼、近場光學(xué)同步測量技術(shù)揭示二維合金材料新特性 相關(guān)產(chǎn)品：IR-neaSCOPE^+TERs

　　單層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力直接受到材料內(nèi)在和外在的缺陷影響。喬治亞大學(xué)的研究人員在Abate教授的帶領(lǐng)下，利用neaSNOM散射式近場光學(xué)顯微鏡，研究了二維（2D）單層合金光致氧化過程中納米尺度下的奇異界面現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)界面張力可以通過建立穩(wěn)定的局部勢阱來集中本征激子，從而實現(xiàn)高的熱穩(wěn)定性和光降解穩(wěn)定性。該實驗結(jié)果由neaspec公司特的nano-PL / Raman和s-SNOM同步測量技術(shù)所采集，并已發(fā)表在ACS NANO中。

　　在實驗中，作者合成了由單層面內(nèi)MoS₂-WS₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的2D納米晶體，這些晶體在富Mo的內(nèi)部區(qū)域和富W的外部區(qū)域間，顯示出了較強的納米合金界面。在針尖增強照明刺激下（>100天），作者進一步觀察到，光降解過程中界面的激子穩(wěn)定性、局域性和不均勻性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技術(shù)，作者探測到富W的外部區(qū)域的反射率出現(xiàn)急劇下降。該反射率始于晶體邊緣，并隨時間向內(nèi)傳播。

　　在同一樣品區(qū)域獲得的高光譜納米光致發(fā)光（nano-PL）圖像顯示，W氧化相關(guān)的激子的猝滅會遵循與s-SNOM相同的模式（在邊緣開始并向內(nèi)傳播）。值得注意的是，合金界面的內(nèi)部區(qū)域表現(xiàn)出了強大的抗氧化能力。即使在光降解100天后，它仍具有很強的s-SNOM信噪比和未淬滅的nano-PL信號。

　　為了進一步研究結(jié)構(gòu)變化，作者使用nano-PL進行了增強拉曼高光譜納米成像測量，并在同一掃描區(qū)域的每個像素處獲取了空間和光譜信息。實驗結(jié)果表明，在整個晶體的光降解過程中，WS₂拉曼峰逐漸消失，而在內(nèi)部區(qū)域中的MoS₂仍然存在。該結(jié)果表明在相同的環(huán)境條件、同一顯微鏡下測量相同的晶體，由于熱誘導(dǎo)的合金和基底晶格常數(shù)的不匹配，導(dǎo)致光氧化與局部應(yīng)變存在一定的關(guān)聯(lián)。而合金界面可防止該應(yīng)變傳播到內(nèi)部區(qū)域，從而防止其降解。

　　【參考】Photodegradation Protection in 2D In-Plane Heterostructures Revealed by Hyperspectral Nanoimaging: The Role of Nanointerface 2D Alloys. ACS Nano2021, 15, 2, 2447–2457.

　　5. Cryo-SNOM低溫近場在氧化物界面的新應(yīng)用 相關(guān)產(chǎn)品：cryo-neaSCOPE^+xs

　　氧化物界面處的二維電子體系（2DES）做為一個特的平臺，將典型復(fù)合氧化物、強電子相關(guān)的物理特性以及由2DES有限厚度引起的量子限域集成于一體。這些特的性質(zhì)使其在電子態(tài)對稱性、載流子的有效質(zhì)量和其它物理特性方面與普通半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)截然不同，可以產(chǎn)生不同于以往的新現(xiàn)象。然而氧化物界面多掩埋于物質(zhì)間使其難以探測，為探究其局限2DES需要一個無創(chuàng)并且具有很高空間分辨率的表征技術(shù)，如果還能提供一個較寬范圍內(nèi)溫度變化的平臺將大地推進該領(lǐng)域的研究。通常光學(xué)顯微鏡可用于上述研究，其中，遠場的探測技術(shù)由于受到波長和衍射限的限制缺乏空間分辨率，而紅外波段的光束探測傳導(dǎo)電子的Drude反應(yīng)分辨率僅有幾個微米的量，無法滿足測試需求，而利用散射式近場光學(xué)顯微鏡(s-SNOM)可以克服這一限制，使其具有10-20 nm的空間分辨率并獲得光響應(yīng)信號中的強度和相位信息。

　　近期，Alexey B. Kuzmenko團隊在Nat. Commun.上獲得新進展，他們利用s-SNOM來研究從室溫下降到6K時LaAlO₃/SrTiO₃界面的變化情況，從近場光學(xué)信號，特別是其中的相位分量信息可以看出對于界面處的電子系統(tǒng)的輸運性質(zhì)具有其高的光學(xué)敏感度。這一模型說明了2DES敏感性來源于AFM針尖和耦合離子聲子模型在很小穿透深度下的相互作用，并且該模型可以定量地將光信號的變化與冷卻和靜電選通控引起的2DES傳輸特性的變化相關(guān)聯(lián)，從而提供操控光學(xué)信息的有效手段。從利用s-SNOM得到的實驗結(jié)果和建立的模型結(jié)果來看，二者之間具有很好的擬合，這一結(jié)果說明了電子聲子相互作用對于在零動量時的表面聲子離子模型的散射化吸收具有至關(guān)重要的作用。

　　【參考】High sensitivity variable-temperature infrared nanoscopy of conducting oxide interfaces. Nature Communications2019, 10, 2774.

　　6. Science：近場太赫茲光電流-石墨烯等離子體在近費米速度傳播下的非局域量子效應(yīng) 相關(guān)產(chǎn)品：THz-neaSCOPE^+s

　　西班牙光子科學(xué)研究所（ICFO）的 Marco Polini教授和Frank H. L.Koppens教授在《Science》上發(fā)表了題為：Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics的文章。 

　　在本篇文章中，研究者利用散射式近場光學(xué)手段，對石墨烯-(h-NB)-金屬復(fù)合體系表面進行了納米尺度下的精細掃描，由此觀測到了太赫茲波段下的石墨烯等離子體以近費米速度進行傳播。研究發(fā)現(xiàn)，在慢的速度（數(shù)百倍低于光速）下，石墨烯等離子的非局域響應(yīng)得以探測，通過近場成像能夠以無參數(shù)匹配手段清晰地揭示無質(zhì)量的Dirac電子氣體的量子描述，進而展示了三種類型的非局域量子效應(yīng)，即單粒子速率匹配，相互增強費米速率和相互減弱壓縮性。通過該近場光學(xué)的研究方法，研究者終提供了確定電子體系的全時空反應(yīng)的新途徑。 

　　【參考】Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics. Science2017, 357, 187.

　　五、部分發(fā)表文章

　　[1]. Nature (2021) 596, 362

　　[2]. Science (2021) 371, 617

　　[3]. Nature Physics (2021) 17, 1162

　　[4]. Nature Phot. (2021) 15, 594

　　[5]. Nature Chem. (2021) 13, 730

　　[6]. Nature (2020) 582, 209

　　[7]. Nature Phot. (2020) 15, 197

　　[8]. Nature Nanotech. (2020) 15, 941

　　[9]. Nature Mater. (2020) 19, 1307

　　[10]. Nature Mater. (2020) 19, 964

　　[11]. Nature Phys. (2020) 16, 631

　　[12]. Nature (2018) 562, 557 

　　[13]. Nature (2018) 359, 892

　　[14]. Science (2018) 362, 1153 

　　[15]. Science (2018) 361, 6406 

　　[16]. Science (2018) 359, 892

　　[17]. Science (2017) 357, 187

　　[18]. Science (2014) 344, 1369

　　[19]. Science (2014) 343, 1125

　　相關(guān)產(chǎn)品：

　　1. 超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡

　　http://www.zgdxszj.com/product/20160315768.shtml

　　2. 納米傅里葉紅外光譜儀

　　http://www.zgdxszj.com/product/20160315769.shtml

　　3. 太赫茲近場光學(xué)顯微鏡THz-NeaSNOM

　　http://www.zgdxszj.com/product/20180911242.shtml

　　4. 納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)

　　http://www.zgdxszj.com/product/2020042793.shtml