可见光波段光诱导力显微镜（Visible PiFM）

尽管光诱导力显微镜（PiFM）与宽谱可调红外光源联用时能提供卓越的纳米级化学成像与光谱分析能力，但即便采用可见光谱区固定波长的少量二极管激光器，该技术仍能获取极具价值的样品信息。本应用说明将重点展示若干典型案例。

吸收分布成像

与红外光源类似，PiFM可实现对样品可见光吸收特性的纳米级测绘。图1展示了PiFM对载玻片上微量Alexa Fluor 750（AF750）染料分子的检测结果。如图所示，该染料在749 nm处存在吸收峰值（发射峰775 nm），而在835 nm处几乎无吸收。采用764 nm激发波长（通过100倍、1.4数值孔径物镜自下聚焦，功率＜50 mW）获取的PiFM图像清晰凸显染料分子分布，而835 nm图像未显示分子信号；需注意在两种激发波长下同步采集的形貌图与相图表现完全一致。对黄色椭圆框内单颗粒的截面分析显示，其厚度约0.5 nm，延展范围约34 nm。鉴于金属镀层针尖的曲率半径通常为30 nm，该颗粒实际尺寸约为5 nm，且很可能为单分子层结构（包含分子数量有限）。PiFM截面轮廓显示其卷积效应弱于形貌图（因电场分布比物理针尖形状更集中），10%-90%信号跃迁区间仅9 nm，再次证明PiFM卓越的空间分辨率。近期研究已采用可见光PiFM技术追踪钙钛矿光伏器件因偏压导致离子迁移引发的吸收谱变化[1]。

图2展示了通过PiFM检测的剥离二硫化钼（MoS₂）薄膜。根据远场测量获取的吸光度数据[2]，PiFM在500 nm激发波长下应能随层数增加产生渐进增强的信号，而在1000 nm波长处无此区分效应——这一特性通过配套的PiFM图像得到完美验证。

介电常数成像

由于PiFM测量的是样品的复极化率，该技术可基于材料折射率差异实现高分辨率材料分布成像。图3展示了电子束抗蚀剂（EBR）基质中二氧化钛（TiO₂）的阵列结构。扫描电镜图像显示，TiO₂因轻微过蚀刻形成浅半球形凹槽，在形貌图中呈现环形特征。两种材料在532 nm波长下透射率均高于87%且无本征吸收。然而，PiFM能根据折射率差异生成清晰的材料分布图[2]。研究人员报道称，通过PiFM可清晰分辨出两个TiO₂结构间仅35纳米的间隙。

电场成像与纳米等离激元

图4展示了通过高数值孔径物镜自下而上紧聚焦光场激发的纵向电场模拟分布图。尽管入射光在样品平面内偏振，高数值孔径仍产生显著纵向分量——该效应通常应用于针尖增强测量技术（如针尖增强拉曼光谱TERS）。Ez²模拟结果显示呈现最强纵向场的双瓣结构。当探针位于此类瓣区上方时，电场将沿针轴方向驱动电子并诱导偶极子，进而在玻璃基底中形成镜像偶极子。两个偶极子间的相互吸引力可被PiFM检测。实测PiFM图像与模拟结果高度吻合。基于相同原理，PiFM亦可对纳米颗粒相关的等离激元场进行成像[3]。

可见光波段散射式近场光学显微镜（Visible s-SNOM）

通过为VistaScope系统加装可见光远场探测器，可实现s-SNOM测量功能。图5展示了载玻片上制备的金纳米盘阵列在650 nm激光（接近纳米盘等离激元共振波长）激发下，两种不同偏振方向的光场响应。s-SNOM图像清晰显示出偶极等离激元场分布，其空间构型与偏振方向保持高度一致。

PiFM与其他技术联用

图6展示了波导型热辅助磁记录头末端等离激元结构的近场分布，该结果通过s-SNOM（轻敲模式多谐波探测）与PiFM同步观测获得；凭借PiFM的高灵敏度，其可检测从波导结构泄漏的场信号。图7呈现剥离二硫化钼（MoS₂）样品形貌、488 nm波长PiFM成像与650 nm光致发光（PL）的同步测量结果，实现纳米尺度吸收与远场PL信号的同步采集。图8显示通过PiFM场成像优化针尖定位后，在MoS₂样品上获得的针尖增强拉曼光谱（TERS）[4]。

参考文献

1. https://doi.org/10.1002/aisy.202000122
2. A. Ambrosio et al., ACS Photonics 4 (4), 846 (2017)
3. T. Tumkur et al., Nano Lett. 16 (12), 7942 (2016)
4. R. Meyer at al., ACS Photonics 6 (5), 1191 (2019)