負(fù)折射現(xiàn)象,，近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡,，發(fā)文Science,！

來(lái)源：QUANTUM量子科學(xué)儀器貿(mào)易（北京）有限公司 2024年01月06日 17:45

負(fù)折射（Negative refraction）指的是光束在界面處的折射方向與正常折射方向（正常的折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)在法線(xiàn)異側(cè)）相反,，即折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)位于法線(xiàn)同側(cè)的電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。自然界中至今未發(fā)現(xiàn)天然存在的負(fù)折射材料,，目前報(bào)告的所有負(fù)折射材料都是由實(shí)驗(yàn)室人工制備的,。通常，具備負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率的超材料可以得到負(fù)折射率這一現(xiàn)象,，這種材料也被稱(chēng)作負(fù)折射率材料,。

美國(guó)哥倫比亞大學(xué)A. J. Sternbach教授（通訊作者）研發(fā)了一種由氧化鉬（MoO₃）和同位素純的六方氮化硼（h¹¹BN）組成的雙曲異質(zhì)雙晶體，并利用10 nm超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM探究了其中的負(fù)折射現(xiàn)象。研究表明,，當(dāng)材料中極化子所形成的準(zhǔn)直射線(xiàn)通過(guò)兩種雙曲范德華材料（h¹¹BN-MoO₃）平面界面時(shí),，其表現(xiàn)出的折射率為負(fù)。在一個(gè)特殊頻率ω₀下,，這些光線(xiàn)甚至可以沿著封閉的菱形軌跡循環(huán),。研究成果以“Negative refraction in hyperbolic hetero-bicrystals”為題發(fā)表在Science上。

在本文中,，Neaspec的10 nm超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM為研究者提供了充足的空間分辨率,，該分辨率滿(mǎn)足了納米尺度下對(duì)極化子射線(xiàn)的有效表征；設(shè)備所使用的超窄帶中紅外脈沖激光器（譜寬小于4 cm^-1）為準(zhǔn)確探知重疊剩余射線(xiàn)頻帶內(nèi)的準(zhǔn)單色激發(fā)頻率提供了先決條件,。

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超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM

下圖中，作者在h¹¹BN-MoO₃-Au堆積樣品中的x-y平面上,，通過(guò)10 nm超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM獲得的不同表面的振幅近場(chǎng)成像圖,。其中（A）為h¹¹BN-MoO₃-Au上表面的振幅成像信息，（B）為MoO₃-Au表面的振幅成像信息,。圖中的金色長(zhǎng)方形塊體代表用于激發(fā)極化子的金條所置放的位置,。可以看到,，在雙晶體構(gòu)成的樣品A中,，極化子射線(xiàn)從金射出后，在經(jīng)過(guò)h¹¹BN-MoO₃界面時(shí)產(chǎn)生了負(fù)折射的現(xiàn)象,。正如前文所述,，這種現(xiàn)象能被直接觀(guān)察到的兩個(gè)要點(diǎn)為：（1）近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM 20 nm級(jí)空間分辨率：樣品A中，hBN的厚度為98 nm,， MoO₃的厚度為290 nm,。二者界面處發(fā)生的光學(xué)現(xiàn)象所產(chǎn)生的近場(chǎng)信號(hào)需要更好的納米級(jí)空間分辨率的探知才能觀(guān)察到；（2）超窄帶中紅外脈沖激光器：極化子射線(xiàn)可以由不用波段的中紅外激光激發(fā),。根據(jù)所用的激發(fā)光源的波數(shù)不同,，產(chǎn)生的極化子射線(xiàn)的負(fù)折射率也不相同。而只有本次實(shí)驗(yàn)所采用的787 cm^-1下（所謂特殊頻率ω₀）,，才能觀(guān)察到激發(fā)出的射線(xiàn)沿著封閉的菱形軌跡循環(huán),。

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具有負(fù)折射性質(zhì)的材料會(huì)改變發(fā)射、非線(xiàn)性光學(xué),，而且還可能捕獲光以及產(chǎn)生透鏡效應(yīng),。相關(guān)材料有著非常廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。而對(duì)負(fù)折射性質(zhì)的觀(guān)察方面,，Neaspec的10 nm超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM無(wú)疑提供了一種準(zhǔn)確且可靠的有力工具,。

參考文獻(xiàn)：
[1]. “Negative refraction in hyperbolic hetero-bicrystals”（Science，2023,，10.1126/science.adf1065）

相關(guān)產(chǎn)品：
1,、超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡-neaSNOM
2,、neaSCOPE納米光譜與成像系統(tǒng)

相關(guān)產(chǎn)品

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