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處理和計算的光開關(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：“用輝石在很大程度上透明的波長的近紅外光照明，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紅外光脈沖來切換光學(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)。這項研究表明輝銻礦納米點可以充當(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)換材料在未來的應(yīng)用中具有很大的潛力。
輝銻礦納米點
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·利瑙教授的近場光子學(xué)實驗室的博士研究生。詹解釋說，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)隊與康斯坦茨大學(xué)的研究人員合作，旨在通過研究輝石表面上的輝石納米點(直徑為400 nm)來估計輝石納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。
詹說：“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光的波長，因此光譜測量通常僅對多個納米結(jié)構(gòu)的集合體進(jìn)行。”
納米粒子聚焦
為了實現(xiàn)困難的光學(xué)檢查，Zhan和她的團(tuán)隊開發(fā)了一種新型的近場光譜學(xué)，可以對單個納米粒子進(jìn)行光學(xué)研究。它基于散射型掃描近場光學(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)的表面并對其進(jìn)行掃描。被尖端散射離開結(jié)構(gòu)的光被檢測器收集。
詹指出：“通常，存在大量的背景光，我們可以通過調(diào)制尖端采樣距離并將散射的光與寬帶參考激光混合來抑制這種情況。配備快速線攝像頭的單色儀使我們能夠測量在進(jìn)行光柵掃描時，在每個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)隊可以研究單個納米點內(nèi)的光學(xué)特性或光譜解析強度分布。
生成的輝銻礦納米粒子圖顯示，盡管它們在結(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：“使用我們的新方法，我們看到納米點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。計算表明，直徑為400 nm的輝石的圓柱形波導(dǎo)應(yīng)支持四個這四種最低階模式的計算疊加非常符合我們的實驗觀察結(jié)果。這些模式在我們近場光譜測量的整個200 nm帶寬上得到支持。”
Lienau指出，這項新穎的技術(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間尺度上的光激發(fā)動力學(xué)打開了大門。他說：“詹金新和PetraGroß開發(fā)的光譜技術(shù)非常有前途。現(xiàn)在，該團(tuán)隊已經(jīng)展示了具有深亞波長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。”
