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基于光诱导力显微镜的纳米尺度线性与非线性光学光谱技术
Jahng, J., Fishman, DA., Park, S., Nowak, DB., Morrison, WA., Wickramasinghe, HK., Potma, EO.
Acc Chem Res
Abstract
纳米技术的巨大进步强化了对高灵敏度、高空间分辨率的新材料表征工具的需求。现有纳米级分辨率技术（如扫描电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM、扫描隧道显微镜STM）可生成纳米结构的精细形貌图谱，但难以从图像中提取化学信息。为解决该问题，研究者尝试为现有纳米镜技术赋予光谱灵敏度。其中一种重要策略是将扫描探针技术与光学照明结合，使针尖的纳米级分辨率与光谱学的化学选择性相融合。该方向的现有技术包括散射型扫描近场光学显微镜和针尖增强拉曼光谱。新兴的光诱导力显微镜（PiFM）是一种新技术，能以低于10 nm的空间分辨率实现材料的光谱探测。PiFM通过光激发样品，并通过读取针尖与样品间的时间积分力直接探测近场响应。由于力的大小取决于样品中的光诱导极化强度，PiFM具备光谱灵敏度。其所测光诱导力在纳米尺度空间受限，即使在环境条件下也能实现极高空间分辨率。PiFM兼容从可见光到中红外的宽频光学激发，可基于样品的电子或振动跃迁实现纳米级成像对比度。这些特性使PiFM成为从半导体纳米粒子、聚合物薄膜到单分子敏感测量的理想可视化与光谱表征手段。本文综述了PiFM技术原理，讨论其基本构成，重点介绍其成像特性与固有光谱灵敏度，并展示其在纳米材料线性和非线性光学性质探测中的应用案例。