科技資訊寫作大賽｜Science: 范德華材料中的近場納米成像研究

材料人首屆科技資訊寫作大賽自5月13日發布征稿通知以來（參賽詳情請戳我），受到讀者們的廣泛關注。受到讀者們的廣泛關注。感謝支持單位Taylor?&?Francis?Group，科學出版社，MDPI，National Science Review，Chinese Science Bulletin，Science China Materials，Science China Chemistry ，Nano-Micro Letters對本次大賽的支持！本文由馬文睿投稿。

【成果簡介】

近年來，隨著石墨烯及其優異的光、電等性質的不斷發現，二維層狀材料成為了目前材料領域的研究熱點，受到了國內外研究者的廣泛關注。其二維層狀材料的層內以強的共價鍵或離子鍵結合而成，而層與層之間依靠弱的范德華力堆疊在一起形成一類新型材料。由于層間弱的相互作用力，在外力的作用下，層與層很容易相互剝離，從而可以形成二維層狀材料。進一步，二維層狀材料在晶格不匹配和方法不兼容的情況下，也非常容易和截然不同的原子層混合和匹配，從而衍生出許多范德華異質結構。

范德華（Van der waals）材料即上述具有范德華異質結構的材料，它由弱的范德華吸引力結合的單個原子平面組成。它們顯示出幾乎所有在固體中發現的光學現象: 包括金屬中典型的自由電子等離子體振蕩，半導體中的發光/激光和激子，以及絕緣體中典型的強烈聲子諧振。這些現象體現在被稱為極化激元-激發的有限光物質混合模式中。當光處于遠小于其波長的納米級尺度下時，能增強相應的電場強度，導致光與物質相互作用增強，從而表現出強的非線性、作用力增大和發射/吸收增強。由金屬中的電子作用形成的表面等離子激元，成了近年來研究中最為突出例子。然而，還有許多其他類型的激元，包括極性絕緣體中的聲子振動，半導體激子，超導體中的Cooper對以及（反）鐵磁體中的自旋諧振形成的激元。

范德華材料中各種激元種類

范德華材料擁有一整套不同的激元種類，在所有已知材料中的具有最高的自由度。德國neaspec公司提供的先進近場成像方法（s-SNOM）允許極化波在范德華層或多層異質結構中傳播時被激發和可視化，從而被廣泛應用到范德華材料激元的研究中，為研究人員對范德華材料體系中激元的激發、傳播、調控等研究提供了有力的工具。另一方面，范德華材料系統中激元的優點是它們具有的電可調性。此外，在由不同的范德華層構成的異質結構中，不同種類的激元相互作用，從而可以在原子尺度上實現激元的完美控制。德國neaspec公司提供的納米光譜（nano-FTIR）和納米成像成功被研究人員用于激元的調控等研究中，通過實驗證實，研究人員已經成功開啟了操控激元相關納米光學現象的多種途徑。

范德華材料中激元的先進近場光學可視化成像研究：A、石墨烯中Dirac等離激元；B、 石墨烯納米共振器邊緣的等離激元；C、碳納米管中的一維等離激元；D、石墨烯-六方氮化硼moiré 超晶格體系中的超晶格等離激元；E、六方氮化硼上石墨烯的雜化等離子-聲子激元；F、WSe₂中的激子激元；G、 雙曲六方氮化硼中的聲子激元及波導傳播

研究人員對不同的金屬、半導體和絕緣體等范德華材料中異質結構的新奇性能進行探索，促進了對光探測器、光伏器件、LED等電子器件設計的革新，并賦予這些器件諸多意想不到的獨特功能。同時，德國neaspec公司也伴隨國內外廣大研究人員的腳步，不斷升級改進其近場光學成像的功能，在其先進的近場光學成像（s-SNOM）和納米光譜研究(Nano-FTIR)的基礎上，不斷拓展出例如TDS-THz納米成像、針尖增強拉曼（TERS）、光誘導成像等新的技術，從而為廣大研究人員提供強有力的研究工具和技術支持。

原文鏈接：Polaritons in van der Waals materials（Science, 2016, DOI:10.1126/science.aag1992）

本文由材料人電子電工組大城小愛整理編輯。

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