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Quick identification of ABC trilayer graphene at nanoscale resolution via a near-field optical route

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Materials Futures 2023年第1期2卷 158-166页

作者： Peiyue Shen Xianliang Zhou Jiajun Chen Aolin Deng Bosai Lyu Zhichun Zhang Shuo Lou Saiqun Ma Binbin Wei Zhiwen Shi Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control(Ministry of Education) Shenyang National Laboratory for Materials ScienceSchool of Physics and AstronomyShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240People’s Republic of China Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures Nanjing UniversityNanjing 210093People’s Republic of China Institute of System Engineering Beijing 100191People’s Republic of China

ABC-stacked trilayer graphene has exhibited a variety of correlated phenomena owing to its relatively flat bands and gate-tunable bandgap.However,convenient methods are still lacking for identifying ABC graphene with nanometer-scale resolution.Here we demonstrate that the scanning near-field optical microscope working in ambient conditions can provide quick recognition of ABC trilayer graphene with no ambiguity and excellent resolution(∼20 nm).The recognition is based on the difference in their near-field infrared(IR)responses between the ABA and ABC trilayers.We show that in most frequencies,the response of the ABC trilayer is weaker than the ABA trilayer.However,near the graphene phonon frequency(∼1585 cm−1),ABC’s response increases dramatically when gated and exhibits a narrow and sharp Fano-shape resonant line,whereas the ABA trilayer is largely featherless.Consequently,the IR contrast between ABC and ABA becomes reversed and can even be striking(ABC/ABA∼3)near the graphene phonon frequency.The observed near-field IR features can serve as a golden rule to quickly distinguish ABA and ABC trilayers with no ambiguity,which could largely advance the exploration of correlation physics in ABC-stacked trilayer graphene.

关键词： ABC trilayer graphene identification SNOM nanoscale Fano resonance

Theoretical study of broadband near-field optical spectrum of twisted bilayer graphene

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Frontiers of physics 2022年第4期17卷 67-74页

作者： Lu Wen Yijun Liu Guoyu Luo Xinyu Lv Kaiyuan Wang Wang Zhu Lei Wang Zhiqiang Li College of Physics Sichuan UniversityChengdu 610064China National Laboratory of Solid-State Microstructures School of PhysicsNanjing UniversityNanjing 210093China

We theoretically study the broadband near-field optical spectrum of twisted bilayer graphene(TBG)at various twist angles near the magic angle using two different models.The spectrum at low Fermi energy is characterized by a series of peaks that are almost at the same energies as the peaks in the far-field optical conductivity of TBG.When the Fermi energy is near a van Hove singularity,an additional strong peak appears at finite energy in the near-field spectrum,which has no counterpart in the optical conductivity.Based on a detailed calculation of the plasmon dispersion,we show that these spectroscopic features are associated with interband and intraband plasmons,which can provide critical information about the local band structure and plasmonic excitations in TBG.The near-field peaks evolve systematically with the twist angle,so they can serve as fingerprints for identifying the spatial dependent twist angle in TBG samples.Our findings pave the way for future experimental studies of the novel optical properties of TBG in the nanoscale.

关键词： twisted bilayer graphene SNOM broadband near-field optical spectrum,optical conductivity magic angle

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扫描近场光学显微镜的搭建与应用

扫描近场光学显微镜的搭建与应用

作者：胡睿璇南京大学

学位级别：硕士

扫描近场光学显微技术（Scanning Near-field Optical Microscopy,SNOM）是上个世纪80年代发展出的一种新的基于扫描探针的光学显微技术,与传统的光学显微技术相比,SNOM能够突破光学衍射极限,此外基于与光谱、时间分辨等技术相结合,实... 详细信息

扫描近场光学显微技术（Scanning Near-field Optical Microscopy,SNOM）是上个世纪80年代发展出的一种新的基于扫描探针的光学显微技术,与传统的光学显微技术相比,SNOM能够突破光学衍射极限,此外基于与光谱、时间分辨等技术相结合,实现多种物理机制的纳米成像,今天SNOM已经成为对生命科学、化学、物理等领域的纳米尺度探测的重要方式。本文围绕SNOM技术的系统搭建进行了研究,包括反馈系统、多数据通道的同步和软件设计,以及该系统在量子点样品上的应用。本文首先在绪论部分回顾了扫描近场光学显微术的原理和发展历程,并对其研究现状进行了分类探讨,并介绍了近场光学的基础内容。第二章讨论了激光共聚焦扫描光学显微技术的基本原理,及其作为近场光学显微系统的重要部分的优势,研究并开发了共聚焦显微系统的基本功能和模块,包括:扫描、信号探测、对硬件的控制和同步的软件设计。第三章中讨论了 SNOM系统搭建的细节,为了实现最终的多物理场近场光学显微系统,研究了带有反馈控制的扫描近场光学显微技术。首先利用石英光纤作为探针,并将高品质因数的石英晶振作为灵敏力学传感器,测量探针与样品的相互作用,以提取样品的细节信息。石英晶振经过激励产生振荡的电流信号,并通过前置放大器和锁相放大器进行放大,前置放大器将晶振输出的10-10-10-9A的电流信号跨阻放大约几百万倍,达到毫伏的量级,锁相放大器能够提取石英晶振传感器的振幅与相位信息。然后运用比例-积分-微分（PID）反馈技术与纳米位移台实现纳米尺度内石英光纤探针与样品间作用力与距离的稳定控制,从而配合扫描系统实现纳米结构样品的形貌扫描测量。在软件控制方面,我们设计并编写了完整的基于LabVIEW的控制程序,采用“生产者-消费者”结构模型完成对石英晶振的激励、扫频与寻峰,获取石英晶振共振信号,并配合PID反馈控制完成自动地进针、扫描、采集数据的功能,通过软件编程将这些功能集成化,实现对整个设备的控制。最后利用该自搭建的软硬件集成系统对1 μm的光栅样品进行了扫描测试,完成了光栅的形貌成像,通过软件实现了对系统的稳定控制。在此基础上,第四章在扫描近场光学系统中加入了光谱与荧光寿命的探测。为了探测荧光时间寿命和光谱信息,研究了时间标识时间分辨（TTTR）模式数据采集的方式,以及光谱仪和电荷耦合器件（Charged Coupled Device,CCD）相机的探测与控制。一方面将CCD相机作为探测器,将其与光谱仪连接,在AFM扫描的同时同步采集样品每个采集点的光谱数据;另一方面将单光子探测器与光子计数模块连用,也在AFM扫描的同时同步采集样品每个采集点的光强与时间寿命数据。利用“生产者-消费者”的软件结构开发了扫描同步的策略,利用计数器读取扫描台输出的两路同步脉冲信号,再通过软件控制采集样品每一个点的光谱及时间寿命的数据采集、图像显示、数据保存等后续功能。自主开发一套LabVIEW语言进行编程的软件,实现上述扫描、同步、数据采集与处理等功能,并利用该系统对铯铅溴和硒化镉量子点样品进行荧光寿命和光谱的扫描成像,可以清晰地通过光谱信息区分两种量子点。该系统能够实现对同一样品的形貌、荧光时间寿命、光谱等多项信息的探测。综上所述,我们搭建了一套多功能的扫描近场光学显微系统,该系统能够实现对样品的形貌、光强、荧光时间寿命、光谱信息的测量,为多个领域提供了一个强大的纳米尺度探测工具。而且该系统拥有模块化的设计,使其灵活开放,为后续在系统上添加光力、热、磁等物理信号的测量通道提供了方便。

关键词： SNOM PID反馈荧光时间寿命荧光光谱

Effects of newly devised plasma lice comb on human hair

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Plasma Science and Technology 2019年第12期21卷 78-84页

作者： Lars TEN BOSCH Andreas HUBER Philipp SAUERBIER Robert KOHLER Georg AVRAMIDIS Wolfgang VIOL University of Applied Sciences and Arts HAWK Faculty NVon-Ossietzky-Strasse 99/10037085 GottingenGermany Neaspec GmbH Eglfinger Weg 285540 Munich-HaarGermany Wood Biology and Wood Products Faculty of Forest Sciences and Forest EcologyUniversity of GoettingenBüsgenweg 437077 GottingenGermany

A plasma device was developed showing high potential for a pesticide-free treatment of pediculosis. As a first safety assessment of the device was presented earlier, this present paper focuses on the damage introduced to human hair during a plasma treatment for pediculosis control. Therefore, human hairs were treated repeatedly to assess the possible occurring damage developing with increasing treatment durations. To analyse the inflicted changes on human hair examinations using x-ray photoelectron spectroscopy(XPS/ESCA), scanning nearfield optical microscopy(SNOM) and scanning electron microscopy were conducted, to compare the modifications of surface chemistry and mechanical alterations. The investigations revealed a mild impact on the surface chemistry(XPS/SNOM), while more distinct morphological changes on the hair surface could be observed. The authors conclude that an effect of the plasma comb device on the hair during a real-life treatment is negligible, due to the very short contact times during a standard combing procedure for pediculosis control.

关键词： atmospheric pressure plasma dielectric barrier discharge pediculosis SEM SNOM ESCA XPS hair smoothing plasma based pest management

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SNOM系统中光纤探针的动力学性能研究

SNOM系统中光纤探针的动力学性能研究

用准静态电磁场方法研究扫描近场光学显微镜的耦合特性

第十四届北方七省市区力学学会学术会议

作者：高峰利李喜德清华大学航天航空学院

针对近场光学显微镜(SNOM)系统中光纤探针对测量结果的影响,建立了探针与样品表面相互作用的非线性振动模型,并采用数值方法求解了系统横向振动的幅频响应关系以及相频响应关系。

关键词： SNOM 光纤探针幅频响应相频响应

来源： cnki会议评论

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光电子．激光 2005年第6期16卷 674-677页

作者：吴才章叶梅叶虎年华中科技大学仪器系湖北武汉430074

为了研究扫描近场光学显微镜(SNOM)中探针和粗糙样品表面的耦合相互作用,采用准静态电磁场理论的方法,提出了一种模拟SNOM的理论模型。在该模型中,探针和样品突起由极化偶极子表示,样品平面的诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子... 详细信息

为了研究扫描近场光学显微镜(SNOM)中探针和粗糙样品表面的耦合相互作用,采用准静态电磁场理论的方法,提出了一种模拟SNOM的理论模型。在该模型中,探针和样品突起由极化偶极子表示,样品平面的诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子辐射理论可以得到系统的场方程,通过自洽的方法可以求出任意偶极子位置处的严格解析解。该方法与通过并矢传播子方法得出的结果完全相同,其优点在于实用性和计算的简便性。

关键词：扫描近场光学显微镜准静态耦合特性场方法电磁场理论相互作用理论模型 SNOM 极化效应辐射理论子表示偶极子样品场方程解析解传播子简便性实用性探针表面粗糙平面自洽并矢

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研究快报

激光与光电子学进展 2009年第2期46卷 10-12页

物理所利用KBBF晶体获得极紫外光源中科院物理研究所研制出了极紫外(DUV)毫瓦级可调谐全固体激光器,可应用于200 nm光电子发射光谱学及光刻等领域。研究人员通过Ti:Sapphire激光器进行四次调谐得到了175～210nm的可调谐光源。193 nm的... 详细信息

物理所利用KBBF晶体获得极紫外光源中科院物理研究所研制出了极紫外(DUV)毫瓦级可调谐全固体激光器,可应用于200 nm光电子发射光谱学及光刻等领域。研究人员通过Ti:Sapphire激光器进行四次调谐得到了175～210nm的可调谐光源。193 nm的输出功率最大可达2.23 mW,182～210nm的输出功率在1mW以上。这是首次通过二次调谐实现200 nm以下宽可调谐全固体毫瓦级激光器。

关键词：激光器 nm 毫瓦光电子技术福建师范大学光激射器电子器件谐振腔可调谐氟化物光纤极紫外光源光子晶体高光束质量抽运功率 KBBF SNOM 光电二极管快报

基于纳米光学天线的近场扫描光学探针设计研究

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基于纳米光学天线的近场扫描光学探针设计研究

作者：文送林安徽师范大学

学位级别：硕士

纳米光学天线是一种可以将光频电磁波高效耦合到亚波长尺度的纳米光子器件,最早由斯坦福大学的K. B. Crozier小组提出,该结构有很强的聚束和增强效应,能有效收集光的能量,并将它限制在亚波长尺度,从而突破衍射极限实现光波的纳米量级聚... 详细信息

纳米光学天线是一种可以将光频电磁波高效耦合到亚波长尺度的纳米光子器件,最早由斯坦福大学的K. B. Crozier小组提出,该结构有很强的聚束和增强效应,能有效收集光的能量,并将它限制在亚波长尺度,从而突破衍射极限实现光波的纳米量级聚焦,为纳米尺度内光信息的处理和传播提供了可能的途径,在显微镜超分辨率成像、高效光谱（比如拉曼散射、自发荧光等）探测、高效太阳能电池、超高密度光数据存储、纳米光刻等领域展现出诱人的应用前景。本文探讨了近红外波段纳米光学天线的设计理论和方法,详细研究了场增强效应的影响因素,在此基础上设计研究了基于纳米光学天线的扫面近场光学探针,为高分辨率SNOM探针的设计奠定了理论基础,为进一步提高SNOM分辨率提供了新的技术解决途径。论文首先介绍了纳米光学天线的理论计算方法,结合Fabry-Perot共振模型探讨了纳米光学天线的设计方法,利用FDTD方法系统分析了天线的场增强与天线的结构、入射光的极化、入射光的方向的关系。研究结果表明:天线的场增强效应与天线结构参数和入射光的极化以及入射角度的变化而变化,为了获得巨大的场增强效应,除选取恰当结构参数,还要考虑到入射光的极化和入射方向,极化方向沿天线轴线并且垂直入射时,场增强最大。论文还在对纳米光学天线讨论的基础上设计并研究了基于纳米光学天线的扫描近场光学探针。我们将金属偶极纳米光学天线集成在传统近场扫描探针的顶端,设计出了一种新型的天线探针,详细研究了其分辨率的增强情况和对不同样品的扫描分辨率分析。研究表明,当入射光照射金属纳米偶极天线时激发金属表面等离激元共振,在天线间隙处产生了巨大的局域场增强,既提高耦合进入探针的光信号强度,又提高信噪比,实现高分辨率。

关键词：表面等离激元 FDTD 纳米光学天线光学探针 SNOM

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动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针

物理学报 2001年第12期50卷 2382-2386页

作者：孙家林田广彦李勤赵钧郭继华谢爱芳张泽渤清华大学物理系单原子分子测控教育部重点实验室北京100084 中国科学院物理研究所光物理实验室北京100080

基于液压传递原理 ,设计出一种用动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针的装置 .实验结果表明 ,在传统的化学腐蚀法制备光纤探针的过程中 ,通过控制腐蚀液液面的上升速度 ,可以有效地控制探针针尖的形状以及锥角的大小 .在此基础上 ,还... 详细信息

基于液压传递原理 ,设计出一种用动态化学腐蚀法制备大锥角近场光纤探针的装置 .实验结果表明 ,在传统的化学腐蚀法制备光纤探针的过程中 ,通过控制腐蚀液液面的上升速度 ,可以有效地控制探针针尖的形状以及锥角的大小 .在此基础上 ,还论述了分步控制光纤与腐蚀液液面的相对位移的方法在大锥角光纤探针的制备中所具有的独特优越性 .利用所制备的大锥角近场光纤探针在扫描近场光学显微镜上对直径为 2 0 0nm的小球进行探测 ,其力学像证实该探针具有较高的形貌分辨率 (约为 5 0nm) .

关键词：动态化学腐蚀法大锥角近场光纤探针制备扫描探针显微镜 SNOM 扫描近场光学显微镜