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近场光学显微镜

仪器信息网近场光学显微镜专题为您提供2024年最新近场光学显微镜价格报价、厂家品牌的相关信息, 包括近场光学显微镜参数、型号等,不管是国产,还是进口品牌的近场光学显微镜您都可以在这里找到。 除此之外,仪器信息网还免费为您整合近场光学显微镜相关的耗材配件、试剂标物,还有近场光学显微镜相关的最新资讯、资料,以及近场光学显微镜相关的解决方案。

近场光学显微镜相关的资讯

  • 英国新建散射扫描近场光学显微镜设施
    英国国家物理实验室(NPL)和曼彻斯特大学建立了新的联合设施——散射扫描近场光学显微镜(s-SNOM)。该设施位于英国曼彻斯特大学,能够在宽温度范围内为产业界提供纳米级、非接触、非破坏性近红外和可见光波长的多功能光电表征。该设施能够提供详细纳米级信息的能力,对于增强或实现依赖于各种低维和纳米工程材料及其光电特性的量子技术至关重要。通过该设施,NPL和曼彻斯特大学将为英国工业界提供纳米光电子学和纳米光子学量子技术方面的战略竞争优势。预计这些技术对于未来十年的数字基础设施、医疗保健、能源和环境以及英国的安全和恢复能力至关重要。
  • 1500万!东南大学理科平台低温散射式扫描近场光学显微镜采购项目
    一、项目基本情况项目编号:0664-2360SUMECTY005D(SEU-ZB-230698)项目名称:东南大学理科平台低温散射式扫描近场光学显微镜采购预算金额:1500.000000 万元(人民币)最高限价(如有):1460.000000 万元(人民币)采购需求:东南大学理科平台采购低温散射式扫描近场光学显微镜1套,主要技术参数:低温散射型扫描近场光学显微镜平台1.1基于低温AFM的无孔径近场扫描显微镜系统。冷却系统需基于一个完全阻尼且封闭循环低温恒温器,保证底板温度 20 K,并集成到光学平台中。通过自动低温恒温器操作来调节,可变温度范围需满足10k T 300k。XY扫描级的开环扫描范围不小于30 × 30µm @ 300K,不小于24 × 24µm @10K。要求低温AFM测量的形貌噪声 1nm (RMS) @10K。1.2低温AFM需基于轻敲模式AFM技术,通过基于轻敲振幅的AFM反馈进行形貌成像。悬臂偏转的读取需基于光学杠杆原理,采用激光二极管反射在悬臂背面,由光象限二极管读取。最高限价:人民币1460万元整(不含外贸代理费)本项目接受进口产品。本项目所属行业:工业。合同履行期限:境外产品:开具信用证后10个月设备安装调试合格。境内产品:自合同签订之日起30天内到货并安装调试合格。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2024年01月02日 至 2024年01月08日,每天上午9:00至11:00,下午14:00至17:00。(北京时间,法定节假日除外)地点:微信公众号“苏美达达天下”方式:在线获取(详见补充事宜)售价:¥600.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:东南大学     地址:南京市玄武区四牌楼2号        联系方式:技术咨询:电子科学与工程学院:骆老师 电话:19852843441; 实验室与设备管理处:刘老师 电话:025-83792693      2.采购代理机构信息名 称:苏美达国际技术贸易有限公司            地 址:南京市长江路198号苏美达大厦5楼502室            联系方式:杨 扬 025-84532455、葛晓菲025-84532451            3.项目联系方式项目联系人:葛晓菲电 话:  025-84532451
  • 620万!华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜采购项目
    项目编号:CLF0123GZ00ZC63项目名称:华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜预算金额:620.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):620.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)最高限价万元(人民币)1纳米红外光谱及近场光学显微镜一套纳米红外光谱及近场光学显微镜主要用于对样品表面形貌、纳米力学、纳米热学、以及微纳米尺度的化学成分分布进行表征,可获得微纳米材料的红外吸收光谱,并且可以得到微纳米尺度上的化学成分分布图。620经政府采购管理部门同意,本项目(纳米红外光谱及近场光学显微镜设备)允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品,具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为:工业合同履行期限:国内供货:在合同签订后(30)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;境外供货(可办理免税):收到信用证后(300)天内。本项目( 不接受 )联合体投标。对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名称:华南理工大学地址:广州市天河区五山路381号联系方式:文老师 020-871129622.采购代理机构信息名称:采联国际招标采购集团有限公司地址:广州市环市东路472号粤海大厦7、23楼联系方式:陈女士 020-87651688转分机132或1303.项目联系方式项目联系人:陈女士电话:020-87651688转分机132或130
  • 1645万!武汉大学采购散射式-近场光学高精度显微镜等
    项目编号:WHCSIMC2022-1308806ZF(H)项目名称:武汉大学散射式-近场光学高精度显微镜、电感耦合等离子体质谱、热重-红外-气相色谱质谱联用仪、有机无机样品预处理系统采购项目预算金额:1645.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):1645.0000000 万元(人民币)采购需求:1.本次公开招标共分4个项目包,具体需求如下。详细技术规格、参数及要求见本项目招标文件第(三)章内容。第一包:(1) 项目包名称:散射式-近场光学高精度显微镜(2) 类别:货物(3) 数量:一套(4) 简要技术要求:详见招标文件第三章(5) 采购预算:900万元人民币(6)其他:本项目包接受进口设备投标第二包:(1) 项目包名称:电感耦合等离子体质谱(2) 类别:货物(3) 数量:一套(4) 简要技术要求:详见招标文件第三章(5) 采购预算:285万元人民币(6)其他:本项目包接受进口设备投标第三包:(1) 项目包名称:热重-红外-气相色谱质谱联用仪(2) 类别:货物(3) 数量:一套(4) 简要技术要求:详见招标文件第三章(5) 采购预算:320万元人民币(6)其他:本项目包接受进口设备投标第四包:(1) 项目包名称:有机无机样品预处理系统(2) 类别:货物(3) 数量:一套(4) 简要技术要求:详见招标文件第三章(5) 采购预算:140万元人民币(6)其他:本项目包里的微波消解仪、十万分之一天平、非接触式超声破碎仪接受进口设备投标.合同履行期限:第一包:交货期 :合同签订后10个月内;质保期 :本项目免费质量保证期要求不低于1年。免费质量保证期从货物供货、安装、调试正常且经采购人确认验收合格之日起算。第二包:交货期 :合同签订后120日内;质保期 :本项目免费质量保证期要求不低于3年。免费质量保证期从货物供货、安装、调试正常且经采购人确认验收合格之日起算。第三包:交货期 :合同签订后 90 日内;质保期:本项目免费质量保证期要求不低于3年。免费质量保证期从货物供货、安装、调试正常且经采购人确认验收合格之日起算。第四包:交货期 :合同签订后60日内;质保期 :本项目免费质量保证期要求不低于3年。免费质量保证期从货物供货、安装、调试正常且经采购人确认验收合格之日起算。其中微波消解仪的炉腔质保:腔体5年质量保证,非人为损坏、如出现形变或腐蚀生锈,免费更换。本项目( 不接受 )联合体投标。
  • 300万!华南理工大学拉曼-扫描近场光学联用显微镜采购项目
    项目编号:CLF0122GZ18ZC69-2项目名称:拉曼-扫描近场光学联用显微镜(二次)预算金额:300.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):300.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)单价最高限价万元(人民币)1拉曼-扫描近场光学联用显微镜1激发波长:532nm TEM00单频激光器,功率≥75 mW 光谱仪与检测器系统:光谱仪焦长:≥300 毫米;同时配备光栅,包括150, 600及1800刻线, 可实现软件控制全自动切换,无需手动更换光栅,单窗口可覆盖(3700 cm-1)。300经政府采购管理部门同意,本项目 拉曼-扫描近场光学联用显微镜(二次) 允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品,具体详见采购需求。合同履行期限:国内供货:在合同签订后(30)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;境外供货:办理免税证明后180天内。本项目( 不接受 )联合体投标。
  • 近场光学显微镜,SiC纳米线发表一篇Nature!
    表面声子极化激元(SPhPs)是由红外光和光学声子之间的耦合产生的,被预测有助于沿极性薄膜和纳米线的热传导。然而,迄今为止的实验工作表明SPhPs的贡献非常有限。近日,美国范德比尔特大学Deyu Li教授研究团队通过测量没有覆盖Au金属层和覆盖了Au金属层的3C-SiC纳米线的样品的热导率,成功证实了SPhPs对其热导率大小的影响。由SPhPs的预衰减所引起的热传导增加甚至超过了兰道尔基于玻色-爱因斯坦分布所预测极限的两个数量级。这进一步揭示了SPhPs对材料热导率的显著影响,也打开了通过SPhPs调节固体中的能量传输的大门。文章以《Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons 》为题,发表于Nature 期刊上。 本文中,研究者通过分辨率优于10 nm的近场光学显微镜对其手中的两类纳米线进行了表征。其中S1为缺陷较小的纳米线,而S2则为层错较多的纳米线。通过对纳米线进行865 cm-1中红外激光的赝外差成像(SNOM),研究者成功获得了两类纳米线的纳米级相位成像。如下图所示,在层错较多的Sample S2中,SPhPs的传播衰减非常迅速。而在结构缺陷较少的S1, 这种衰减则要小得多。Sample S1: Sample S2: 随后,作者通过将德国Neaspec公司的散射式近场光学显微镜(s-SNOM)和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR联用,沿下图图a中的箭头方向对S1采集了610 - 1400 cm-1波数范围内的光谱。这一范围已经包括了3C-SiC纳米线全部的剩余射线谱带。其中对TO 和 LO 频率的较强振幅反馈和这种反馈沿箭头方向的衰减进一步证明了SPhPs在S1中的存在。以上结果表明层错的存在是使其成为SPhPs散射的决定性因素,而这种因素与温度的变化并不相关,进一步证明了在S1中,SPhPs是导致热导率变化的决定性因素。 值得注意的是,为了测量SNOM和Nano-FTIR,两类纳米线都被放置在了300 nm厚的SiO2薄膜基底上,相比单独存在的纳米线,放在SiO2薄膜基底上的两类样品的SPhPs的传播距离都大大减小,而信号衰减速度大幅增加,这对设备采集信号的信噪比和光学成像的空间分辨率都提出了更高的要求。 文中使用的散射式近场光学显微镜(s-SNOM)和纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR能够在10 nm的空间分辨率下实现对材料的红外光谱表征,且得到的光谱能与传统FTIR,ATR-IR的红外光谱一一对应。同时,该技术具有无损伤、无需染色标记、快速且适用性广等优点,为本实验的红外及光学成像等研究起到了关键性作用。 neaspec散射式近场光学显微镜(s-SNOM)及纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR 综上所述,通过使用Neaspec近场光学显微镜,研究者建立并证明了SPhPs传播和材料热导率变化的关联性。也为将来通过SPhPs调节固体材料的热传导提供了可能性。这种调节可以在很多薄膜材料中抵消尺寸效应并改进固态器件的设计。参考文献:[1]. Pan, Z., Lu, G., Li, X. et al. Remarkable heat conduction mediated by non-equilibrium phonon polaritons. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06598-0
  • 220万!中国科学院大连化学物理研究所近场扫描光学显微镜采购项目
    项目编号:OITC-G220311704项目名称:中国科学院大连化学物理研究所近场扫描光学显微镜采购项目预算金额:220.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):220.0000000 万元(人民币)采购需求:包号设备名称数量简要用途交货期最高限价交货地点是否允许采购进口产品1近场扫描光学显微镜1套详见采购需求合同签订后6个月内220万元人民币中国科学院大连化学物理研究所是 合同履行期限:合同签署后6个月内到货本项目( 不接受 )联合体投标。
  • 1218万!华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜等采购项目
    一、项目基本情况1.项目编号:CLF0123GZ07ZC91项目名称:华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜预算金额:620.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):620.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)最高限价万元(人民币)1纳米红外光谱及近场光学显微镜一套纳米红外光谱及近场光学显微镜主要用于对样品表面形貌、纳米力学、纳米热学、以及微纳米尺度的化学成分分布进行表征,可获得微纳米材料的红外吸收光谱,并且可以得到微纳米尺度上的化学成分分布图。620经政府采购管理部门同意,本项目(纳米红外光谱及近场光学显微镜设备)允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品,具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为:工业合同履行期限:国内供货:在合同签订后(30)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;境外供货(可办理免税):收到信用证后(300)天内。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号:0809-2341HGG14055项目名称:华南理工大学大型结构疲劳试验机采购项目预算金额:205.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):205.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)最高限价万元(人民币)1大型结构疲劳试验机1套具体详见采购需求205.00本项目(大型结构疲劳试验机)只允许采购本国产品,具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为: 工业 交付地点:华南理工大学五山校区。合同履行期限:在合同签订后(210)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用本项目( 不接受 )联合体投标。3.项目编号:GZZJ-ZFG-2023606项目名称:华南理工大学植物活性组分高效制备系统采购项目预算金额:118.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):118.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(单位)简要技术需求或服务要求(具体详见采购需求)最高限价万元(人民币)1植物活性组分高效制备系统1套植物活性组分高效制备系统,可实现对细胞、酵母、细菌、藻类等内溶物进行高效提取,并实时监测内溶物的电导率、溶解氧、pH、温度等多项指标。设备操作便捷,稳定,能够满足食品,生物,医药等多领域研究需求。主要应用于果酒果醋果汁等食品加工;化妆品功能活性提取、活性改性;中药组分预处理等研究。人民币118万元本项目只允许采购本国产品。本项目采购标的所属行业为:工业合同履行期限:在合同签订后(90)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;本项目( 不接受 )联合体投标。4.项目编号:0809-2341HGG14046项目名称:华南理工大学超快瞬态荧光光谱仪(条纹相机)采购项目预算金额:375.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):375.0000000 万元(人民币)采购需求:序号标的名称数量(台/套)简要技术需求或服务要求最高限价万元(人民币)1超快瞬态荧光光谱仪(条纹相机)1具体详见采购需求375.00 经政府采购管理部门同意,本项目允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品,具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为: 工业 合同履行期限:关境内货物:在合同签订后(40)天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;关境外货物:办理免税证明后360天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用;质保期:不少于1年。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2023年09月12日 至 2023年09月19日,每天上午9:00至12:00,下午14:00至17:30。(北京时间,法定节假日除外)地点:采联国际招标采购集团有限公司官网(http://www.chinapsp.cn/)方式:详见本招标公告“六、其他补充事宜”。售价:¥0.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:华南理工大学     地址:广州市天河区五山路381号        联系方式:文老师 020-87112962      2.采购代理机构信息名 称:采联国际招标采购集团有限公司            地 址:广州市环市东路472号粤海大厦7、23楼            联系方式:陈女士 020-87651688转分机132或130            3.项目联系方式项目联系人:陈女士/张芷华电 话:  020-87651688转分机132或1304.采购代理机构信息名 称:广东华伦招标有限公司            地 址:广州市广仁路1号广仁大厦7楼            联系方式:何工 020-83172166转823(hualunsibu@163.com)            5.项目联系方式项目联系人:何工电 话:  020-83172166-823
  • 散射式近场光学显微镜(neaSNOM)助力有机半导体的分子取向探究
    导读:布拉迪斯拉发先进材料应用中心(Center of Advanced Material Applications in Bratislava)的科研工作者利用对光致各向异性有不同响应的超高分辨散射式近场光学显微镜-neaSNOM,研究了有机半导体薄膜的分子取向与离散分子结构异质性的关系,揭示了分子取向对分子缺陷的影响。在此过程中,作者自创了一种综合利用振幅和相位信号测量分子取向的方法。上图:利用Neaspec设备表征材料得到的s-SNOM结果 文献解析:近年来, 共轭高分子以及小分子在有机电子设备方面的应用受到广泛关注,这是因为相比于无机半导体,它们在以下方面展现了其潜在优势:应用适配性、生物相容性、以及相对简单的制备过程。简单的制备过程也吸引化学家设计并研发了具有各种不同结构和功能基团的共轭分子,以此来满足有机电子设备的需要。而电导率作为重要的功能指标之一,与分子的取向息息相关。考虑到大多数分子都是各向异性的,分子取向将直接影响其光电特性(也就是能量转换效率)和机械特性。而根据具体应用的不同,设备需要一种特定的分子取向以满足其需要,并且此时其他的分子取向会被视为材料的缺陷。也因此,缺陷分析在有机半导体设备的开发与改进工作中,起到了举足轻重的作用。然而,对尺寸小于100 nm缺陷的判定一直是一块未被充分研究与记录的领域。 光学技术是表征分子取向的主要手段。而衍射限的存在限制了其测量精度,致使得到的光学响应信号体现的只是(精度范围内)很多纳米颗粒的平均情况。面对该问题,德国Neaspec公司历经多年研发出散射式近场光学显微镜(scattering-type scanning near-field optical microscopy,s-SNOM)。该设备突破衍射限(优于10 nm空间分辨率)并完成了超高空间分辨率的纳米成像。它能表征薄膜材料的固有纳米晶体结构、局部多晶型、异质性或应变性以及反应分子取向等信息。尽管近些年技术方面的进步日新月异,利用s-SNOM分析分子取向的工作却迟迟没有进展,眼下只有寥寥几篇的相关报告得以被发表。在本文中,作者深入研究了分子取向,并对离散分子结构的异质性做了分析。在此之上,作者观察到了与表面形貌并不相关的定向缺陷。这些缺陷对有机电子系统的功能性产生了直接的影响。 参考文献[1] Nanoimaging of Orientational Defects in Semiconducting Organic Films, [J]. The Journal of Physical Chemistry C, 2021, 125(17):9229-9235.
  • 中科院微电子所采购激光共聚焦扫描显微镜与近场光学显微镜
    中国科学院微电子研究所2011年仪器设备采购项目(第四批)招标公告  日 期: 2011年3月15日  招标编号: OITC-G11032057  1、东方国际招标有限责任公司受 中国科学院微电子研究所 (招标人)的委托,就中国科学院微电子研究所2011年仪器设备采购项目(第四批)(以下简称项目)所需的货物和服务,以公开招标的方式进行采购。现邀请合格的投标人就下列货物及有关服务提交密封投标。包号货物名称数量(台/套)是否接受进口产品1近场光学显微镜1是2激光共聚焦扫描显微镜1是  投标人须以包为单位对包中全部内容进行投标,不得拆分,评标、授标以包为单位。  2、投标人资格条件:  1) 符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条要求   2) 按本投标邀请的规定获取招标文件   3、有兴趣的投标人可从 2011 年 3 月 15 日至 2011 年 4 月 6 日每天上午9:00至下午17:00(北京时间)在东方国际招标有限责任公司1507室查阅或购买招标文件,本招标文件售价为500元/包,如需邮寄另加100元的邮资费用,邮寄过程中产生的任何问题由购买标书人自行负责,售后不退。  4、所有投标文件应于 2011 年 4 月 6 日上午9:30时(北京时间)之前递交至北京市朝阳区北土城西路3号中国科学院微电子研究所办公楼A座西大厅101会议室,并须附有不低于投标金额1%的投标保证金,以招标机构为承受人。  5、兹定于 2011 年 4 月 6 日上午9:30在北京市朝阳区北土城西路3号中国科学院微电子研究所办公楼A座西大厅101会议室进行公开开标。届时请投标人派代表出席开标仪式。  招标机构名称:东方国际招标有限责任公司  地  址:北京市海淀区阜成路67号 银都大厦15层 邮  编:100142  电  话:010-68725599-8447 传  真:010-68458922  电子信箱:zcdou@osic.com.cn  联 系 人:窦志超、张明磊  开户名(全称):东方国际招标有限责任公司  开户银行:招行西三环支行 帐号:862081657710001
  • 成果速递 | 超高分辨散射式近场光学显微镜在超快研究领域最新应用进展
    近年来,范德瓦尔斯(vdW)材料中的表面化激元(SP)研究,例如等离化激元、声子化激元、激子化激元以及其他形式化激元等,受到了广大科研工作者的关注,成为了低维材料领域纳米光学研究的热点。其中,范德瓦尔斯原子层状晶体存在特的激子化激元,可诱导可见光到太赫兹广阔电磁频谱范围内的光学波导。同时,具有较强的激子共振可以实现非热刺激(包括静电门控和光激发)的光波导调控。 前期的众多研究工作表明,扫描近场光学显微镜(SNOM)已经被广泛用于稳态波导的可视化表征,非常适合评估范德瓦尔斯半导体的各向异性和介电张量。 如上所述,范德瓦尔斯材料中具有异常强烈的激子共振,这些激子共振能产生吸收和折射光谱特征,这些特征同样被编码在波导模式的复波矢量qr中,鉴于范德瓦尔斯半导体在近红外和可见光范围内对ab-平面的光学化率有重大影响,因此引起了人们的研究兴趣。 2020年7月,美国哥伦比亚大学Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上发表了题为:”Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦尔斯半导体中的WSe2材料为例,利用德国neaspec公司的纳米空间分辨超快光谱和成像系统,通过飞秒激光激发研究了WSe2材料中光波导在空间和时间中的电场分布,并成功提取了飞秒光激发后光学常数的时间演化关系。同时,研究者也通过监视波导模式的相速度,探测了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光学斯塔克(Stark)位移。 原文导读: ① 在纳米空间分辨超快光谱和成像(tr-SNOM)实验中(图1,a),研究者先将Probe探测光(蓝色)照到原子力显微镜(AFM)探针的点上,从探针点(光束A)散射回的光被离轴抛物面镜(OAPM)收集并发送到检测器。同时,WSe2材料的中的波导被激发并传播到样品边缘后,进而波导被散射到自由空间(光束B)。二个Pump泵通道(红色)可均匀地扰动样本并改变波导的传播。 通过在WSe2/SiO2界面处的近场tr-SNOM的振幅图像(图1b)可明显观察到约120 nm厚WSe2材料边缘(白色虚线)处形成的特征周期条纹—光波导电场分布。研究者进一步通过定量分析数据,分别获取了稳态和光激发态下,WSe2中波导的光波导的相速度q1,r和q1,p。图1:纳米空间分辨超快光谱和成像系统对WSe2材料中光波导的纳米成像结果。a:实验示意图(蓝色为Probe光,红色为Pump光);b:近场纳米光学成像 c: 在稳态下,WSe2边缘的近场光学振幅图像;d: 光激发态下,延迟时间 Δt=1ps的WSe2边缘的近场光学振幅图像;e: 分别对c、d进行截面分析,获取定量数据。Probe探测能量,E=1.45 eV ② 研究者通过变化Probe探测能量范围(1.46–1.70 eV)及其理论计算成功获取了WSe2晶体稳态下的色散关系和理论数据显示A-exciton所对应的能量。图2:WSe2晶体稳态动力学的时空纳米成像研究。a: 不同Probe能量的近场光学振幅;b: 傅里叶变换(FT)分析 c: Lorentz拟合的WSe2块体材料介电常数面内组成;d: 基于Lorentz模型理论计算的能量动量分布(吸收光谱)。Probe探测能量,E 1.46–1.70 eV。 ③ 为了进一步研究光激发下WSe2中波导的色散和动力学,研究者进一步在90 nm的WSe2材料上,通过探测能量E = 1.61 eV,泵浦能量E = 1.56 eV,泵浦功率1.5 mW的实验条件进行了一列的纳米空间分辨超快光谱和理论研究。研究结果表明(图3a,b),研究者成功获取到了不同延迟时间Δt与δq2和δq1的关系。结果表明:光激发后的个ps内,虚部q2(图3a)突然下降(δq20)并迅速恢复。另一方面,理论计算结果(图3,c)显示了在A-exciton附近(黑色虚线箭头),初始能量Ex处,稳态(黑色虚线)和激发态A-exciton能量Ex’(蓝色箭头)分别的色散关系。 为了弄清各种瞬态机制,微分色散关系被研究者引入。先,研究者定义了微分关系:δqj=qj,p – qj,r,(j=1,2 分别代表波矢的实部和虚部,p, pump激发态,r 稳态)。研究者的理论及实验微分色散关系结果(图3 d、e)成功显示了光诱导转变中A-exciton的动力学行为。结果表明:A-exciton附近微分色散的特征是由两个伴随效应引起的:(i)仅在Δt=0时观察到的A-exciton的7 meV蓝移; (ii)A-exciton的漂白(定义为光谱频谱展宽和/或振荡强度降低(见图3d)。 趋势(i)在1 ps内恢复,与抑制耗散的动力学一致(图3a)。因此,研究者得出结论,A-exciton共振的瞬态蓝移是由于相干的光诱导过程所引起。 趋势(ii)持续时间更长,因此归因于非相干激子动力学。图3:WSe2中波导模的微分色散和动力学研究。a: δq2与Δt曲线;b: δq1与Δt曲线 c: 平衡和非平衡条件下洛伦兹模型计算的色散关系;d: 理论微分色散关系;e: 实验微分色散关系 综上所述,波导的瞬态纳米超快成像使我们能够以亚皮秒(ps)时间分辨率来量化光诱导变化的WSe2光学特性。研究者在WSe2上成功观察到了光诱导相速度的大幅变化,这表明所观察到的效应可能在范德瓦尔斯半导体中普遍存在。此外,研究者的研究结果表明,我们可以按需调谐范德瓦尔斯半导体的光学双折射行为。另一方面,研究者的工作开创性地发展了利用tr-SNOM探测超快激子动力学的工作,并为利用波导作为定量光谱学工具研究纳米光诱导动力学铺平了道路。研究者认为这种超快泵浦探测方法的高空间和时间分辨率,可能同样适用于新奇拓扑材料中的边缘模式和边缘效应的研究。 neaspec公司利用十数年在近场及纳米红外领域的技术积累,开发出的全新纳米空间分辨超快光谱和成像系统,其Pump激发光可兼容可见到近红外的多组激光器,Probe探测光可选红外(650-2200 cm-1)或太赫兹(0.5-2 T)波段,实现了在超高空间分辨(20 nm)和超高时间分辨(50 fs)上对被测物质的同时表征,可广泛用于二维拓扑材料、范德瓦尔斯(vdW)材料、量子材料的超快动力学研究。 参考文献:[1]. Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications , 11, 3567 (2020).
  • QD中国建成高分辨率散射型近场光学显微镜(NeaSNOM)样机实验室
    2016年6月30日,Quantum Design中国子公司引进德国Neaspec公司的高分辨率散射型近场光学显微镜(NeaSNOM)样机并完成安装测试。该样机实验室可对相关领域科学研究工作者提供真机体验服务,欢迎广大学者拨打010-85120280,或者致信neaspec@qd-china.com预约体验。Quantum Design中国子公司NeaSNOM近场光学显微镜样机实验室 Neaspec公司的NeaSNOM系统是市场一款散射型扫描近场光学显微镜。其化的散射式核心设计技术,打破了传统光学显微镜对入射激光波长的依赖限制,大的提高了光学分辨率,在可见、红外和太赫兹光谱范围内实现了空间分辨率优于10nm的光谱和近场光学图像的测量。NeaSNOM系统中化的照射、收集模块,确保了近场光学显微镜和谱图的可靠性和可重复性,使其成为了纳米光学领域等离子激元、FTIR和太赫兹等热点方向的科研设备。 NeaSNOM 典型应用案例: 1. 纳米结构等离子激元(Plasmonic)研究 2. Nano-FTIR对纳米结构不同材料组分分析 3. 太赫兹对单个晶体管中载体浓度分布成像 更多信息请点击:http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htm 相关产品: 纳米傅里叶红外光谱仪 Nano-FTIR---具有10nm空间分辨率的纳米红外光谱仪
  • 南方科技大学400万元购买1套低温散射式近场光学显微镜,仅限国产
    8月25日,南方科技大学公开招标购买1套低温散射式近场光学显微镜,预算400万元,仅限国产。  项目编号:SZDL2021339837(0868-2142ZD1010H-D)  项目名称:低温散射式近场光学显微镜(二次招标)  预算金额:400.0000000 万元(人民币)  最高限价(如有):400.0000000 万元(人民币)  采购需求:序号货物名称数量单位备注1扫描近场光学显微成像系统1套拒绝进口2闭循环低温系统1套拒绝进口3超高真空腔体及泵组1套拒绝进口  合同履行期限:签订合同后 180 天(日历日)内交货  本项目( 不接受 )联合体投标。  开标时间:2021年09月07日 14点30分(北京时间)
  • 超高分辨近场光学显微镜近期重点科研成果速览
    1. 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院 Zhongbo Yang等Near-Field Nanoscopic Terahertz Imaging of Single Proteins. Small. Figure 1. Schematic illustration of the THz s-SNOM setup and its use for single biomolecule imaging. Figure 2. THz near-field signals collected on different substrates. a) Time-domain THz electric field signals, and b) corresponding frequency-domain signals collected on graphene, Au, Si, and mica surfaces, respectively. The signals were demodulated at the second harmonics (2 Ω) of the probe oscillation frequency. c,d) The AFM topography images of graphene and Au substrates with 200 × 200 pixels, respectively. The height scale bars of (c) and (d) are the same. 摘要:太赫兹生物成像因其能以无标记、无创伤和非电离的方式获取样品的物理化学信息而颇受瞩目。但是,低介电常数生物分子的反射率问题,使得单分子精度的太赫兹成像仍是一个挑战。针对于此,作者开发了一种方法,利用石墨烯介导的太赫兹频率散射型扫描近场光学显微镜,对单个蛋白分子直接成像。此项研究发现,拥有较高太赫兹反射率和原子平整度的石墨烯基底可以为蛋白分子提供较高的太赫兹对比度。另外,我们还发现对铂探针的轴长优化能增强太赫兹散射近场信号中的振幅信号强度。基于这两个效应,作者同时获得了尺寸只有数纳米的免疫球蛋白G(IgG)和铁蛋白分子的形貌以及太赫兹散射图像。本文中所用的方法为单生物分子的太赫兹成像提供了新思路。2. 华中科技大学 Chao Chen等Terahertz Nanoimaging and Nanospectroscopy of Chalcogenide Phase-Change Materials. ACS Photonics 2020.Figure 2. THz near-field setup and imaging experiments. (a) Schematics of the THz s-SNOM setup with a bolometer used as a detector. The inset shows an illustration of the finite dipole model for the layered sample. (b) Approach curve, showing the amplitude signal s2 on c-GST as a function of tip–sample distance. The mark h1/e represents the position at which the signal decays to 1/e of its maximum. The inset displays an optical microscope image of the AFM tip above the sample. The red dotted squares mark the c-GST areas. (c) AFM topography image (top panel) of GST on a silicon oxide substrate, which includes amorphous and crystalline states. Near-field amplitude (s2, middle panel) and phase (φ2, bottom panel) images at 1.89 THz. (d) Topography, (e) near-field amplitude, and (f) phase line profiles (shown as solid symbols) taken from the corresponding images in c. The red solid lines are smoothed curves based on the experimental data. Horizontal dashed gray lines are a guide for the eye. 摘要:硫属化物相变材料(PCMs)在太赫兹(THz)频率下会发生光学声子共振现象,这个效应可被用于研究相变的基本特性,并产生很强的介电对比度,使其可被用于太赫兹的光子学应用。在本文中,我们证明可以通过频率可调的太赫兹散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)研究PCM的声子。其具体方法为对包含非晶相和结晶相的PCM样品进行太赫兹纳米光谱成像。我们观察到材料的声子特征使其产生了很强的s-SNOM信号,以及重要的是,非晶态和结晶态PCM的光谱之间存在明显的差异,这使我们可以在纳米尺度上高信度地区分PCM的不同相。我们还发现可以通过增加针的半径来增强以信号强度和频谱对比度为标志的光谱特征。综上所述,我们用太赫兹s-SNOM成功构建了基于局部声子光谱的纳米结构以及化学组成的图谱。3. 中国地质大学-武汉 Zhigao Dai等人Edge-oriented and steerable hyperbolic polaritons in anisotropic van der Waals nanocavities. Nat. Commun..Figure 1. a Schematic diagram of edge-tailored PhPs in α-MoO3. The edge orientation is defined as angle θ with respect to the [001] direction. Green arrows indicate the incident PhPs waves launched by the laser-illuminated (purple curve arrows) AFM tip and reflected by the edge (red line). b Angle-dependent ke isofrequency contour of PhPs in α-MoO3 at ω = 889.8 cm−1. The solid lines and points stand for experimental results concluded from Fig. 1c. The green and black dotted arrows illustrate the incidence wavevector ki and Poynting vector Si, respectively. Generally, ki and Si are non-collinear. The reflected Poynting vector Se (solid arrows) is not parallel to the reflected wavevector ke (different color solid arrows) but antiparallel to Si. σ is the open angle. c Real-space imaging of edge-tailoring PhPs at angle-dependent α-MoO3 edges (length L: 2.5 µm width W: 200 nm sample thickness d: 210 nm, L and W defined in the Ed1). d s-SNOM line traces along the direction perpendicular to the edges in Ed1-Ed5. e Near-field amplitude s(ω) of PhPs on isosceles triangle α-MoO3 nanocavities with bottom edge perpendicular to the [001] crystal direction (height length: 4.33 μm thickness: d = 175 nm) The angles between adjacent sides of the series of triangles with respect to the [001] direction are approximately 7.5°, 15°, 30°, 45°, and 60°, respectively. 摘要:高度受限和低损耗的化子在石墨烯和六方氮化硼上是沿平面各向同性传播的,这使得对光的控制被限制在了有限的自由度内。而以α-MoO3 and V2O5为代表的新兴双轴范德华材料则展现出了特的化传播特性,它们的辅助光轴是在平面上的。利用这种强平面各向异性,作者通过空间纳米成像观测到了α-MoO3纳米腔的图样内有着受边界导向的双曲化子。并且发现边界的夹角和结晶方向对其光学响应信号有着举足轻重的影响,这对调整化图样的参数是至关重要的。基于此,通过调整α-MoO3纳米腔的几何构型,我们观测到了双曲化子会延边界传播并且会调整自身传播方向的特性以及与之对应的化子绕行禁区。而这种双曲化子的寿命和性能指数则受到纳米腔边界宽高比的限制。4. 国防科学技术大学 Jiangyu Zhang 等人Light-induced irreversible structural phase transition in trilayer graphene. Sci. & App..Figure 4. Raman mapping and s-SNOM imaging of the light-induced structural phase transition in MLG. (a) Optical microscopy image of MLG sample #125. (b) AFM image and height profile of graphene. (c) Raman maps of the integrated G peak intensity (position: 1576 cm−1, width: 5 cm−1) before laser irradiation and (d) after laser irradiation. The laser power is 20 mW, and the exposure time is 34 min. (e) s-SNOM image of graphene after laser irradiation. (f) Magnified s-SNOM image of graphene. Graphene domains with different stacking orders show different contrasts in the s-SNOM image. The marked regions I, II, and III correspond to ABC stacking, ABA stacking and mixed ABC + ABA stacking domains, respectively. The red arrows in (e, f) highlight the additional mixed ABC + ABA stacking domains that were not resolved in the Raman maps. (g) Raman spectra of different graphene regions taken from the marked solid dots before laser irradiation and (h) after laser irradiation摘要:晶体结构对相关材料的物理性质有着深刻的影响。因此,即使化学组成相同(比如石墨烯和金刚石),我们也可以通过生成具有特定对称性的晶体,来很大范围内调整它们的特性。而当晶体的结构相可以通过外部刺激动态改变时,更多有意思的可能性出现在了我们面前。这样的材料特性虽不常见,但却能引发很多喜人的现象,例如相变记忆效应。具体到三层石墨烯,它有两种常见的堆叠结构(ABA和ABC),二者都具有特的电子能带结构,并展现出了与众不同的特性。而这两种堆叠结构的三层石墨烯里的畴壁,则展现出了新的迷人的物理效应,比如说量子谷霍尔效应。科研工作者在三层石墨烯的相工程上投入了大量的精力。不过,操纵畴壁以实现对材料局部结构和特性的调控仍然是一个难题。本文通过实验表明,通过激光照射可以实现结构相之间的转换,并在三层石墨烯中构建各种形状的畴壁。这种能够控制畴壁位置和方向的能力,使得我们能够更好地调整石墨烯的局部结构相和特性,并为可定制原子结构,电子以及光学特性的人造二维材料的生成提供了一种简洁且有效的路径。 5. 华中科技大学 Peining Li等人Collective near-field coupling and nonlocal phenomena in infrared-phononic metasurfaces for nano-light canalization. Nat.Commun..Figure 2. Near-field imaging of polariton evolution in a hBN metasurface. a Schematic of the near-field nanoimaging experiment. b, c Near-field images measured at two different frequencies, ω = 1415 cm−1 (HPhP region) and ω = 1510 cm−1 (EPhP region). White arrows indicate the polariton fringes observed on the metasurface. 摘要:通过光子耦合激发和偶物质激发所产生的化子可以沿具有双曲线色散或椭圆色散的各向异性超表面传播。而在双曲线色散与椭圆色散之间的转换过程中(对应拓扑结构的转换),有各种有趣的现象被观测到,比如光子态密度的增强、化子的沟道效应和超透镜效应。在本文中,作者从理论角度和实验角度分别研究了这种拓扑结构的转换,单轴红外声子超表面中的化耦合和其强烈的非局域响应信号,以及六方氮化硼 (hBN) 纳米带的光栅。 通过超高分辨红外10纳米成像,研究者观察到了六方氮化硼中余辉带里合成的横向光学声子的共振(即纳米带强烈的集体性近场耦合),这触发了从双曲线色散向椭圆色散的拓扑转换。作者还表征并可视化了跃迁频率附近深亚波长通道模式的空间演化,该模式作为一种准直化子为超透镜和无衍射传播打下了基础。6. 山西大学 PengjuYang 等人Rational electronic control of carbon dioxide reduction over cobalt oxide. J. Cat..Figure 2. (a) XPS Co 2p of Co3O4 and Co3O4/Al-1(1 wt% Co3O4), (b) XPS Al 2p of Co3O4/Al-1 and Al-1, (c-d) the S-SNOM optical image of Co3O4/Al-1(1 wt% Co3O4) and SNOM amplitude S3 of lines A-E.摘要:选择性地将二氧化碳(CO2)还原为燃料和化学品是通过碳中和发展可持续性能源经济的重点所在。而其中CO2的活化则是重中之重。考虑到电子迁移是这一过程的决速步骤,通过调节CO2还原催化剂的电子结构来增强其活性则显得更为关键。不过,人们对催化剂的电子特性与活性的内在关系的理解还不是很深入,这也限制了高效CO2还原催化剂的有理论支撑的设计。本文中,作者设计了一种以铝作为电子供体的催化剂-缘体-金属系统,并以此来调节氧化钴(Co3O4)催化剂的电子结构。这样,铝中的电子便可以高效地通过一种超薄且自主形成的Al2O3缘层穿入Co3O4。实验和理论结果毫无疑问确证了Co3O4的高电子密度有利于CO2的吸收和活化,并同时降低了COOH的生成能垒,尤其是CO*中间体的解吸能垒,这大大加速了CO2到CO的光还原反应的动力学进程。相比Co3O4,Co3O4/Al2O3-Al中的Co的周转频率要高出很多。其表观量子产率在420纳米处能高达3.8%,这一数字超越了大部分文献中对催化剂的记述。另外,Co3O4 中电子密度的提高也有效地抑制了析氢竞相反应。同时对CO的筛选性也从Co3O4的57.9%提高到了Co3O4/Al2O3-Al的82.4%。值得注意的是,通过控制Al的含量和粒径我们还可以合理调节催化剂的催化效率。综上,该项研究建立了催化剂的电子结构与其对 CO2 还原反应的催化活性之间的联系。并且,作者提出的这种Al2O3-Al结构,还有潜力成为其他非均相催化剂电子效应研究的全新平台。7. 中山大学 Yan Shen等人Pyramid-Shaped Single-Crystalline Nanostructure of Molybdenum with Excellent Mechanical, Electrical, and Optical Properties. ACS Appl. Mater. Interfaces.Figure 6. Optical properties of the pyramid-shaped single-crystalline Mo nanostructures. (a, b) AFM topography and the corresponding optical near–field amplitude (third harmonics, at excitation of 633 nm) images of a typical individual, respectively the insets are the structural models that help to understand this sample’s geometric features. 摘要:特定的几何形貌与改进过的晶体特性对微纳米尺度材料的开发来说是举足轻重的。不过,对于高熔点钼来说,想高质量地生成同时具有单晶特性和预设形貌的结构是很困难的。在本文中,作者通过一种热蒸发技术和与之对应的实验调控,生成了金字塔形的单晶结构钼。而之后细致的材料表征工作则表明其生长机理遵循的是一个包括MoO2分解、Mo 沉积、岛状单晶形成、层状成核和竞争性生长在内的连续性过程。此外,经测量还发现这种生成物有着非常的物理性能。比如通过机械性能的测量,发现纳米结构的钼展现出了远高于其块体材料的纳米压痕硬度、弹性模量和拉伸强度。而在电子特性的测量中,这种材料的单体结构则展现出了非常的电传输特性,其电导能达到约0.16 S。所制备的0.02平方厘米的膜材料展现出了大电流电子发射特性,其大电流达到了33.6毫安,其电流密度则达到了1.68安每平方厘米。同时,通过光学特性的测量,该团队发现这种结构展现了明显的电磁场定位和增强效应,这使其作为基底材料,非常适合应用于表面增强拉曼散射(SERS)。作者还进一步讨论了对应的结构与响应信号之间的关系。文章中提到的,包括微纳米尺度,每个晶粒中所蕴含的单晶特性,以及材料的金字塔形貌在内的,这些纳米结构钼的基础特性,都对其物理特性有着正面的影响。8. 香港理工大学 Xin Hu等人Infrared Nanoimaging of Surface Plasmons in Type-II Dirac Semimetal PtTe2 Nanoribbons. ACS Nano..Figure 6. Near-field images and plasmonic properties of sub-10 nm PtTe2 tapers. (a) Topography of the PtTe2 taper (NT1) with a thickness of 10.4 nm. The inset is the height profile along the white dashed line. (b) Experimental near-field image of NT1 at the laser frequency of 2500 cm–1 (λ0 = 4 μm). (c) Simulated image of the near-field standing-wave pattern corresponding to (b). The standing-wave patterns in the PtTe2 tapers are mimicked by Enf = E0 + r1 exp(2ikspx1) + r2 exp(2ikspx2), where x1 and x2 are the perpendicular distances from an arbitrary point in the taper to its two edges. The propagation constant ksp = (2.264 + 0.884i)k0, supposing the permittivity of the 10.4 nm PtTe2 film is identical to the bulk permittivity, and E0 = 1, r1 = r2 = 0.2. (d) Topography of NT2 with a thickness of 5–7 nm. The inset is the height profile along the black dashed line. (e) Near-field optical image of NT2 at the laser frequency of 1400 cm–1 (λ0 = 7.14 μm). (f) Near-field optical image of NT2 at the laser frequency of 2500 cm–1. The domains in NT2 have different layers (L) ranging from 10L (∼5 nm) to 13L (∼7 nm). All scale bars are 1 μm. 摘要:由二维过渡金属二硫属化物制成的拓扑狄拉克半金属(TMDCs),因其电子传输特性,在电子和光电设备领域的应用得到了广泛的关注。作为具有强层间相互作用的范德华材料,这种半金属被期望可以用于支持尚未被实验证明的层相关等离子体化激元的存在。在本研究中,作者利用近场纳米成像展示了II型铂碲狄拉克半金属(PtTe2)纳米带和纳米薄片中的中红外等离子体波的延迟和衰减。从近场驻波图像中总结出的PtTe2纳米带(厚度为15到25纳米)的等离子体模式衰减色散关系被应用于MIR区的PtTe2介电常数拟合,其结果表明自由载流子和狄拉克费米子都参与了中红外光和物质的相互作用。而对超薄(小于10纳米)PtTe2等离子体模式的湮灭的观察和分析使作者发现是PtTe2与本征层相关的光电特性导致了其无近场共振图像的现象。以上结果为应用TMDC进行MIR区的光电探测和调制铺展了道路。9. 上海微系统所&长春光机所 Weiliang Ma等人Broad spectral tuning of ultra-low-loss polaritons in a van der Waals crystal by intercalation. Nat. Mater..Figure 2. a–c, Near-field amplitude images s3 of an α-V2O5 flake with thickness d = 105 nm at incident frequencies ω0 = 1,031 (a), 1,026 (b) and 1,020 cm−1 (c). Scale bar in c, 2 μm. d–f, Profiles along the [100] (green lines) and [001] (blue lines) directions, extracted from the near-field amplitude images in a–c, respectively. λp[100] and λp[001] are the polariton wavelengths along the [100] and [001] directions, respectively. g, Dispersion of PhPs along the [100] (green symbols) and [001] (blue symbols) directions in the RB1. Grey lines are guides for the eye. Grey shaded areas indicate the spectral regions outside the RB. a.u., arbitrary units.Figure 3. a, Illustration of the α-V2O5 lattice structure (orthorhombic) where the red spheres represent oxygen atoms, the blue atoms represent vanadium atoms, and the blue pyramids show the polyhedral structure defined by the oxygen atoms. The crystal structure consists of bilayers of distorted VO5 pyramids stacked along the [010] direction via vdW interactions (interlayer distance c = 0.44 nm). b, nanoFTIR spectral line scans along the [100] and [001] directions of a α-V2O5 flake showing s3/s3, Au (near-field amplitude s3 normalized on Au, s3,Au) as a function of distance between the tip and the flake edge. Solid horizontal lines mark the approximate transversal optic (TO) phonon modes in α-V2O5 (TO1, 975 cm−1 TO2, 770 cm−1), separating RB1–3. Dashed lines are guides for the eye of signal maxima. The flake thickness is d = 245 nm. c, Illustration of the α’-(Na)V2O5 lattice structure (orthorhombic) where the red spheres represent oxygen atoms, the blue atoms represent vanadium atoms, the yellow atoms represent sodium atoms and the blue pyramids show the polyhedral structure defined by the oxygen atoms. The crystal structure consists of bilayers of distorted VO5 pyramids with sodium atoms intercalated and stacked along the [010] direction via vdW interactions (interlayer distance c = 0.48 nm). d, nanoFTIR spectral line scans along the [100] and [001] directions of a α’-(Na)V2O5 flake showing s3/s3, Au (near-field amplitude s3 normalized on Au, s3,Au) as a function of distance between the tip and the flake edge. The solid horizontal line approximately mark the transversal optic phonon mode in α’-(Na)V2O5 (TO, 950 cm−1), defining RB’1. The flake thickness is d = 150 nm. The scales in the colour bars of b and d are linear.摘要:性范德华晶体中的声子化子——一种光与晶格振动的耦合——是有在纳米尺度上控制能量流动的有力候选者,因为它们有着很强的限制场、各向异性的传播方式和皮秒的超长寿命。不过,它们狭窄且只适用特定材料的光谱响应范围——也就是剩余射线带——大地限制了其技术应用。在此,在α-V2O5范德华半导体中嵌入钠原子,能增宽其剩余射线带,并因此让受激声子化子展现出低的损耗率(寿命为4± 1皮秒),这个数值已经与其在非插层晶体(寿命为6± 1皮秒)中的表现相近。作者预计这种嵌入方法也能被应用于其他范德华晶体,从而提供一种新的利用声子化子增宽中红外区域频谱的方法。10. 中国科学技术大学 Xinzhong ChenMoiré engineering of electronic phenomena in correlated oxides. Nat. Phys..Figure 3. a,b, Infrared near-field image of a curved moiré pattern (a) and the corresponding simulation (b). The simulation is generated by multiplying two periodic striped patterns representing MSs and DSs. The white and black dashed lines in b indicate the MS and DS orientations, respectively. c, Line profiles from the blue dashed lines in a and b, exhibiting high consistency between the experimental and the simulated contrast. a.u., arbitrary units. d,e, Infrared near-field image and corresponding AFM image, respectively, showing alternating moiré and non-moiré regions across the LAO twin boundaries (indicated by red dashed lines). The white solid line in e is the AFM height profile. f, Line profile of the nano-infrared contrast along the blue dashed line in d. The different signal levels are marked ‘C’, ‘D’ and ‘M’, which represent constructively strained, destructively strained and mixed strained regions, respectively. g, Simulation of the image in d with the moiré pattern only visible on the right-hand side. Note that the MSs (orientation indicated by white dashed lines) change orientation across the LAO twin boundary (red dashed line), while the DSs (orientation indicated by black dashed lines) are consistently along the LAO [100] direction. The simulation details are shown in Extended Data Fig. 8c. 摘要:近段时间,摩尔纹工程被视为控制凝聚态系统中量子现象的有效途径。在范德华异质结构中,莫尔纹可以通过相邻原子层之间的晶格错位形成,并因此产生长程电子有序的结构。到目前为止,摩尔工程只在堆叠范德华多层结构上有所应用。而在本文中,作者描述了一种在LaAlO3基底上外延生长的原型性磁阻氧化物薄膜La0.67Sr0.33MnO3中产生的电子摩尔纹。通过扫描探针纳米成像,作者观察到了薄膜中应变调制的两种不同的非公度纹的共存和互相影响所产生的微观摩尔纹。其净效应表现为La0.67Sr0.33MnO3的电子电导率和铁磁性直到细观尺度都会受周期性摩尔纹的调制。我该研究工作为在应力外延材料中获得定制的电子纹理的空间图样开辟了一条潜在的道路。11. 纳米中心 Xiangdong GuoEfficient All-Optical Plasmonic Modulators with Atomically Thin Van Der Waals Heterostructures. Adv. Mater..Figure 2. The all-optical graphene plasmon waveguide modulation with a thickness of only several atomic layers. a) Schematic diagram of band alignment and the physical mechanism of photocarrier transfer in the hole-doped graphene/MoS2 heterostructure under visible light irradiation. b,c) Near-field images of a graphene/MoS2 heterostructure on SiO2 substrate in the b) absence and c) presence of 633 nm laser irradiation (6 mW cm−2). Dashed lines indicate the graphene edge. d) The plasmon signals extracted from the cut-lines (red and blue lines) in (b) and (c), respectively.摘要:全光调制器正越来越受瞩目,这主要是因为它高速度,低损耗,与高带宽的本征特性,使其在未来的信息通讯技术中可以很好地为对应的电气元件做更新换代。但是,其较大的能量消耗与尺寸使得其光子间相互作用较弱,从而阻碍了其在非线性光学上的广泛应用。在本文中,作者通过在石墨烯中掺杂含有光生载流子的单层MoS2生成了原子薄度石墨烯-MoS2异质结构,形成了一种高效全光中红外等离子体波导和自由空间调制器。44 cm-1等离子的调制也通过LED得以呈现,其光强度可以低达0.15 mWcm-1,这一数值比通用的石墨烯非线性全光调制器要低4个数量(≈103 mWcm-2)。异质结构中光生载流子的超高速迁移以及复合的速率使得石墨烯等离子体的超高速调制成为了可能。作者认为,基于范德华异质结构的带有芯片可集成性和深亚波长光场限制性的高效全光中红外等离子体调制器的开发或许向片上全光器件应用的实现迈出了重要的一步。 12. 华中科技大学 Peining Li等人Nanoscale Guiding of Infrared Light with Hyperbolic Volume and Surface Polaritons in van der Waals Material Ribbons. Adv. Mater..Figure 4. Thickness dependence of h-BN waveguide modes. a) Schematics of the experiment. b) Near-field amplitude images s3 of h-BN waveguides of same nominal width w = 1 µm and different thicknesses d at ω = 1430 cm−1. c) Wavevector of the waveguide modes as a function of thickness. Symbols indicate experimental wavevectors measured at the edge (triangles) and at the center (circles) of the waveguide. The solid and dashed lines show wavevectors obtained with the full-wave simulations. The dotted red line is a guide to the eye. The inset shows line profiles from 16 nm thick waveguide at edge (gray) and center (blue) as indicated by arrows in (b). d) Schematic comparison of dielectric and hyperbolic volume waveguide modes near cutoff, when the thickness of the waveguide is decreased. 摘要:范德华(vdW)材料因其所含有的各种化子,成为了新兴的纳米尺度光操纵用材料平台。凭借范德华材料的层状结构,这些化子在薄片当中呈双曲线色散和纳米体制御模式。另一方面,它们在薄片边缘则呈面制御模式。然而令人意想不到的是,这些模式在以典型的线性波导结构为代表的带状材料上的导向正全方位地亟待研究。作者就六方氮化硼带中双曲声子化子的传播方式的研究成果做了详细的报告。通过纳米红外成像,作者观测到了各种模式。尤其是展现出截止宽度的重要的体波导模式。并且有趣的是该截止宽度可以通过降低波导厚度来减小。除此之外,该团队还观察到了具有不同频率和波导宽度的面模式杂化以及演化。而重点是,作者发现对称杂化面模式并没有展现出任何截止宽度,这让任意窄带里的化子都呈线性波导。另外,研究者的实验数据也支持了相关的模拟结果,这为我们在未来的光子器件应用中担当重任的线性波导双曲化子的理解打下了坚实的基础。13. 清华大学 Shuai Wu等Super-Slippery Degraded Black Phosphorus/ Silicon Dioxide Interface. ACS Appl. Mater. Interfaces.Figure 3. Chemical structure of the BP/SiO2 interface. (a) AFM amplitude image and (b) phase image (scale bars: 2 μm) after the motion of the degraded BP flake on the SiO2 substrate. (c) Normalized nano-FTIR phase (φ) spectroscopy plots of the degraded BP surface, residuals on the substrate, and fresh BP flake (exfoliated within 30 min) in the region of 900–1100 cm–1. (d) {1H-31P}1H double CP spectra of the BP/SiO2 sample the first contact time (tCP1) was set to 5 ms, and the variable second contact time (tCP2) is indicated on each spectrum. 摘要:二维(2D)材料与二氧化硅(SiO2)/硅(Si)基底之间的界面,通常被看做是固固机械接触。这在微系统和纳米工程的结构设计与性能优化时,常常会被特别强调。不过,如何理解基于2D材料的系统的界面结构与动力学仍然是一个悬而未决又无法绕过的问题。在本研究中,由于在常态降解时引入了羟基,一层在界面内可流动的水被插入了降解黑鳞(BP)薄片与SiO2/Si基底之间。因此,作者得到了一个滑度高的降解BP/SiO2界面。通过实验测定,其界面剪切应力(ISS)可低达0.029 ± 0.004 MPa,这一数值已可与非公度刚性晶体接触比肩。通过分析核磁共振波谱仪和原位X射线光电子能谱仪进行的结果,该团队发现界面内的液态水的存在是剪切应力低的超高滑度BP/SiO2界面的形成主因。这一发现证明了降解BP和水分子之间存在着强烈的互相影响,并表明纳米BP膜在生物基润滑领域有着广泛的应用潜力。14. 北京理工大学 Tao Yan等人Facile preparation and synergetic energy releasing of nano-Al@RDX@Viton hollow microspheres. Chem. Eng. J..Figure 4. Topography (a) and near-field amplitude image of the microsphere at frequency ω = 923 cm−1 (b), 1131 cm−1 (c) and 1168 cm−1 (d). Line profiles of infrared signal extracted at the position indicated by the red dashed line (e).摘要:为了提高含能材料的反应速率,电喷雾技术被应用于双溶剂法集成纳米铝(nAl)和氟橡胶(Viton)的重结晶环三亚基三硝胺 (RDX)微球的开发。其形貌特征与化学异质性的测试结果表明电喷雾生成的微球是空心的,并有RDX均匀地分布在其中。而且RDX的纳米晶体是紧密地附着在nAl@Viton骨架的两侧的,这增大了不同组分之间的接触面积。另一方面,对微球的热分析则表明,通过减小微球分解的表观活化能,nAl颗粒能够加速能量的释放。实验结果表明电喷雾nAl@RDX@Viton,因其各组分的特征结构和协同作用,比物理混合物具有更短的激光点火延迟和更剧烈的燃烧火焰。15. 上海光机所 Lulu Chen等人Near-field imaging of the multi-resonant mode induced broadband tunable metamaterial Absorber. RSC Adv..Figure 5. (a) Experimental absorptivity of the GST absorber between two states. The black line and red line are for the a-GST and c-GST sample. (b) The simulated spectra for the total and each layer of the c-GST absorber. Inset: the magnetic field distribution at the resonance wavelength. (c–f) Experimental and simulated near-field amplitude |Ez| and phase φz images mapped at the spectral positions C and C1.摘要:具有可调性的超材料吸收器在中红外吸收的应用领域具有广阔的前景。虽然研究者们提出了各种控制吸收的方法,如何深入分析和呈现吸收机制的物理图像仍是值得期待且有意义的。在本文中,作者利用近场光学显微镜展示了多谐振模式诱导下的带宽可调超材料吸收器的实验空间近场分布。该吸收器由双倍尺寸的单元结构与金属镜片构成,二者由Ge2Sb2Te5 (GST)薄垫片加以分割。为了获得清晰的物理图像,作者利用由四个方形谐振器组成的混合单元结构,在 7.8 μm 和 8.3 μm 处产生两个吸收峰。当GST薄膜从非晶态转变为晶态时,共振的中心波长呈现红移趋势。而无论GST处于那种相态,我们都分别在其吸收频率下观察到了吸收器产生的近场振幅和相位的光学信号。综上,本研究为光学可调吸收的控制打下了科学理论的基础,并展现了其潜在的应用前景。16. 中国科学技术大学 Wenhao Zhang and Yuhang ChenVisibility of subsurface nanostructures in scattering-type scanning near-field optical microscopy imaging. Opt. Expr..Figure 1. (a) Schematic illustration of the experimental s-SNOM setup for investigating the visibility of buried structures in a multilayered architecture. The underneath structures are patterned on a metal film and they are covered with a thin polymer layer. A pseudoheterodyne detection method is employed to obtain background-free near-field optical signal. (b) Schematic illustration of the dipole model for a simple theoretical analysis.Figure 7. Subsurface nano-imaging by s-SNOM. The sample is a patterned silicon substrate covered by the glue from a double-side tape. (a) Topography. (b) The third harmonic s-SNOM amplitude. The inset is a zoomed view of the area sketched by the dashed rectangle. (c) Sectional profiles of the topography and amplitude images. The two profiles are taken from the same position as guided by the dashed line in topography. 摘要:以纳米分辨率探测被膜材料覆盖的结构有着很高的重要性。在本研究中,作者用散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)探索了影响面下材料对比度和结构可见度的因素。作者生成了一种包含不同掩埋结构的多层结构参考样品,用来做s-SNOM成像。还研究了近场光学对比度对结构几何形状、尺寸和覆盖层厚度的影响。结果表明区分掩埋狭缝图样比具有相同临界尺寸的圆孔更容易。s-SNOM能够在100多纳米厚的聚基丙烯酸酯层下感知材料之间的差异,其面下空间分辨率可以好过100纳米。17. 华中科技大学 Dong Wei等人Optical modulator based on the coupling effect of different surface plasmon modes excited on the metasurface. Opt. Mater. Expr..Figure 6. SEM, AFM and near-field lightwave intensity distribution of the NRANC metasurface. (a) SEM images of a metasurface sample, (b) near-field lightwave intensity distribution on the sample, (c) near-field lightwave intensity distribution along red dashed line. The white dashed lines are the outlines of the nano-apertures. The red dotted line is the trendline of the electric intensity distribution curve. (d) AFM image of the metasurface sample. 摘要:作者设计并生成了一种由带中央纳米柱的纳米脊孔阵列(NRANC)构成的超表面光学调制器。研究者还细致地研究了,分布在纳米脊孔的每个纳米点和中央纳米圆柱外缘上的局域表面等离子体(LSPs),与在周期性超表面上生成的表面等离子体激元(SPPs),这二者之间的耦合效应。这种锥形结构可用于入射能量的集中与局部光场的增强。而在其上的感应电偶子则可以调节反射或透射特性。这种在NRANC 上形成的LSPs的耦合效应将增强表面感应电偶子,并进一步调节NRANC的光学特性。通过改变超表面的几何参数,可以调整LSPs模式的谐振频率,并观察到透射峰的平移,以及让增强因数达到1.4×103。另一方面,LSPs和SPPs之间的耦合则会激发法诺共振。在可见光和红外范围内调整照射激光的入射角则能调节SPPs的激发,并因此引起相对较大的透射光谱变化。于是通过进行近场光学测量,可以观察到包括表面感应电荷信息在内的近场光学特性,以及在45°入射的633纳米TM激光照射下的一个小(x方向上,约96纳米)且亮的热点。综上,作者研究中构建的NRANC超表面突出了其在类似彩色滤光片、反射镜、表面增强拉曼等方面的潜在应用前景。
  • 扫描近场光学显微技术(SNOM)书写的发展史诗
    “扫描近场光学显微技术” 早由科学研究工作者Edward Hutchinson Synge提出。根据观察到的在一定压力下电弧发出的通过孔径仅为100nm的强聚焦平面光,他认为,利用这种小孔径可以使光在样品表面进行逐点扫描成像,同时采集被测量物质的光学信息,并大胆预测这一技术的实现将是照明探测研究领域中的巨大突破。在1956年和1972年,John A.O' Keefe与Ash and Nicholls进一步完善了该理论,并提出小孔探测原件尽可能接近样品表面将有助于该技术的实现。1984年,台利用可见光辐射进行测量的近场光学显微镜由Pohl等制造并使用,该显微镜通过探针在样品表面保持数十纳米的距离采集反馈信息,并在两年后实现了高分辨成像。 然而,传统近场光学显微镜由于瑞利衍射限(Rayleigh limitation),其分辨率不仅受到孔径尺寸的制约,也受到入射光波长1/2的限制。因此,对于sub-um的纳米材料检测成像时,传统近场光学显微镜只能采用有限波长范围的可见光,且难以获得高清图像信息。在中红外领域,近场光学显微技术对纳米结构几乎没有用武之地。 散射式近场光学显微镜利用AFM探针对激光光束聚焦照明,在针附近激发一个纳米尺度的增强近场信号区域。当针接近样品表面时,由于不同物质的介电性质差异,近场光学信息将被改变。通过背景压制技术对采集的散射信号进行解析,就能获取到样品表面的近场光学谱图并进行成像。该技术突破了传统孔径显微的限制,其分辨率仅由AFM探针针的曲率半径决定。 德国Neaspec公司提供的新一代近场光学显微镜NeaSNOM采用了这一散射式技术,高分辨率可达10nm,并通过式的赝外差数据分析模式,同时解析强度和相位信号,解决了纳米材料尤其是在红外光谱范围的近场光学成像难题。 利用赝外差技术实现了近场光学显微镜对强度和相位的同时成像 近五年以来(2011年至今)散射式近场光学显微技术在局域表面等离子激元,无机材料表面波传导,二维材料声子化,近场光电流,半导体载流子浓度,高分子材料鉴别和生物样品成像等领域研究得到了广泛的应用,已然成为推动光学物理、材料应用发展的重要工具。 2016年,A.Y. Nikitin等通过波长10-12μm激发裁剪后的石墨烯纳米谐振器,得到了大量共存的Fabry–Perot mode信息。通过理论分析其两种等离子模式,即sheet plasmon和edge plasmon,发现后者体积仅为激发波长的10^-8倍。并通过理解edge plasmon的原理,可以促进一维量子发射器的开发,等离子激元和声子在中红外太赫兹探测器的研究,纳米图案化拓扑缘体等领域的进一步发展。 文章中5nm厚SiO2上的不同尺寸(394 × 73 nm (a), 360 × 180 nm (b) and 400 × 450 nm (c))石墨烯纳米谐振器,在11.31μm波长下的近场成像 石墨烯由于其特性能被广泛的认可为具发展潜能的下一代光电设备材料,然而其纳米别性能的变化影响了宏观行为,高性能石墨烯光电器件的开发受到了大制约。AchimWoessner等结合红外近场扫描纳米显微镜和电子读取技术,实现了红外激发光电流的成像,并且精度达到了数十纳米别。通过研究边际和晶界对空间载流子浓度和局域热电性质的影响,实验者证明了这一技术对封闭石墨烯器件应用的益处。 近场光电流的工作原理示意图以及中从晶粒间界处得到的光电流实际测量结果 NeaSNOM是市场一款散射型扫描近场光学显微镜,化的散射式核心设计技术,大的提高了光学分辨率,并且不依赖于入射激光的波长,能够在可见、红外和太赫兹光谱范围内,提供优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像。 NeaSNOM中嵌入的一系列化探测和发光模块,保证了谱图的可靠性和可重复性,成为纳米光学领域热点研究方向的科研设备。 【NeaSNOM样机体验与技术咨询,请拨打:010-85120280】 相关产品:超高分辨散射式近场光学显微镜:http://www.instrument.com.cn/netshow/C170040.htm纳米傅里叶红外光谱仪:http://www.instrument.com.cn/netshow/C194218.htm
  • 港城大AEnM:钙钛矿太阳能电池效率和稳定性大幅提升?离不开超高分辨散射式近场光学显微镜的助力!
    在绿色能源的发展得到各国越来越多的重视与青睐的今天,光伏科技和太阳能电池的产业成长与技术研发成为了工业界和学术界共同的焦点。而这其中被广泛关注的当属使用具有钙钛矿结构的材料所合成的太阳能电池。钙钛矿结构是具有通式ABX3结构的一类化合物,除了CaTiO3外,还有BiFeO3、CsPbI3也具有这一结构。基于钙钛矿结构材料所合成的电池则一般被统称为有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PVSCs)。在光伏领域的研究中,钙钛矿太阳能电池因其能量转化率在近几年的飞速提高而备受关注。其中的佼佼者更是可以达到25%的能量转化率。 然而,在我们期待上述的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池从实验室走向工业应用的时候,一个无法回避的问题出现在了研究者的面前:这种电池的环境敏感性非常之高。在电池的使用过程中,其性能稳定性和使用寿命很容易被环境湿度,环境热度,环境光照所影响,且这种影响多为负面影响。也就是说,要想让PVSCs能够被大规模应用,其环境耐性必须得到改进。 针对上述问题,香港城市大学Fengzhu Li于今年(2022年)4月在Advance Energy Materials中发表了等离激元局域光热现象调控钙钛矿太阳能电池应力以提升效率和稳定性的研究工作。该课题组发现二氧化硅包覆的金纳米管(GNR@SiO2)可有效提高钙钛矿太阳能电池的性能,尤其通过减小材料生成过程中所产生的残留应变,在维持电池高效转化率(23%)的前提下,大幅提高了电池的工作稳定性。这种GNR@SiO2有着8.2 nm的平均直径和40 nm的平均长度。其中的二氧化硅外壳结构的厚度在15 nm左右。图1. 作者所生成的GNR@SiO2的 (a) TEM与EDS扫描图样 (b)直径和长度的分布统计 在通过标准流程测得生成的太阳能电池的能量转化效率可以达到23%之后,接下来研究者的关注点则聚焦到了GNR@SiO2对电池稳定性——也就是钙钛矿材料层的稳定性的提高之上。在此研究中,Neaspec研发的近场光学显微镜起到了至关重要的作用。科研者利用此设备获取了相关材料基于中红外激光吸收的形貌图(光学成像)和与之对应的纳米傅里叶红外光谱结果。实验使用了一台相干宽波长中红外激光器,通过Neaspec近场光学显微镜将激光聚焦于镀铂金AFM针,从而表征了四组参照薄膜材料:(a)新生成的钙钛矿结构材料(PVK)(b)新生村的掺杂了GNR@SiO2的PVK(c)经过疲劳测试的PVK(d)经过疲劳测试的GNR@SiO2的PVK。图2 实验原理示意图和Neaspec近场光学显微镜AFM照摄像头在测试四组材料时的光学镜头成像。 在PVK所对应的中红外成像和纳米傅里叶红外光谱中,信号的产生主要源自材料里的脒结构中的非对称碳氮键的拉伸模式的变化。所有之后的分析都是基于上述四种材料所产生的这种信号(对应材料中脒的浓度也就是材料的降解程度)。下图a-d对应四种材料的1700 cm–1 中红外激光成像结果。而为了研究疲劳测试对材料稳定性的影响,研究者在每个结果中都选取了5个数据点,直接进行纳米傅里叶红外光谱的测试 (下图 e-h)。研究者通过对比发现,在没有掺杂GNR@SiO2的PVK中,疲劳测试使得材料的脒含量降到了原来的45%。而通过掺杂GNR@SiO2,PVK中的则能维持在原来的75%。可见,掺杂GNR@SiO2有效地减慢了PVK薄膜材料的降解和损耗速度。而使得这一结果得以获得的,正是Neaspec的近场光学显微镜可以同时对样品进行中红外成像和纳米傅里叶红外吸收谱分析的这一特性。图3 四组参照薄膜材料的中红外成像结果以及对应图上5个数据点的纳米傅里叶红外光谱结果参考文献:[1]. Fengzhu Li, Tsz Wing Lo, Xiang Deng, Siqi Li, Yulong Fan, Francis R. Lin, Yuanhang Cheng, Zonglong Zhu, Dangyuan Lei*, Alex K.-Y. Jen*, Plasmonic Local Heating Induced Strain Modulation for Enhanced Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Materials,DOI: 10.1002/aenm.202200186
  • 科学家开发出一种多功能近场显微镜平台,可在高磁场和液氦温度以下工作
    重大的科学突破往往是由新技术和仪器实现的。一种新型的近场光学显微镜,在极端温度和磁场下具有高分辨率成像,可以为量子计算技术和拓扑研究做到这一点。Kim等人提出了一种sub-2开尔文低温磁赫兹散射型扫描近场光学显微镜(cm-THz-sSNOM)。太赫兹sSNOM成像使用照射在小金属尖端上的300微米波长光在纳米尺度上绘制材料,允许以深亚波长,20纳米空间精度测量局部材料特性 - 比所用光的波长小15,000倍。经过几年的努力,研究人员能够展示出一种改进的sSNOM平台,该平台在极端操作条件下具有无与伦比的分辨率能力。“我们在空间,时间和能量方面提高了分辨率,”作者Jigang Wang说。“我们还同时改进了在极低温度和高磁场下的操作。显微镜是通过测量超导体和拓扑半金属来展示的。结果显示了在1特斯拉磁场中9.5开尔文的第一个高分辨率sSNOM图像。显微镜可以帮助开发具有更长相干时间的新量子比特 - 目前受到材料和界面缺陷的限制 - 并提高对拓扑材料基本性质的理解。“重要的是成像到十亿分之一米,千万亿分之一秒和每秒数万亿个光波,以便能够选择更好的材料并指导量子和拓扑电路的制造,”王说。尽管显微镜已经展示了破纪录的测量结果,但研究人员的目标是通过提高灵敏度并使SUV大小的显微镜更加用户友好来进一步改进仪器。相关文章:“A sub-2 kelvin cryogenic magneto-terahertz scattering-type scanning near-field optical microscope (cm-THz-sSNOM),” by R. H. J. Kim, J.-M. Park, S. J. Haeuser, L. Luo, and J. Wang, Review of Scientific Instruments (2023). The article can be accessed at https://doi.org/10.1063/5.0130680.文章展示了研究人员开发的一种多功能近场显微镜平台,可以在高磁场和液氦温度以下工作。研究人员使用该平台演示了极端太赫兹(THz)纳米显微镜的操作,并在低至1.8 K的温度、高达5 T的磁场和0–2 THz的操作下获得了第一个低温磁太赫兹时域纳米光谱/成像。低温磁太赫兹散射型扫描近场光学显微镜(或cm THz-sSNOM)仪器由三个主要设备组成:(i)带有定制插件的5T分对磁低温恒温器,(ii)能够接受超快THz激发的定制sSNOM仪器,以及(iii)MHz重复率,用于宽带太赫兹脉冲产生和灵敏检测的飞秒激光放大器。应用cm THz sSNOM来获得超导体和拓扑半金属的原理测量证明。这些新能力为研究需要极端低温操作环境和/或在纳米空间、飞秒时间和太赫兹能量尺度上施加磁场的量子材料提供了突破。
  • 复旦纳米固流法:光学显微镜分辨率提升至45纳米
    复旦大学材料科学系武利民课题组研究设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法,首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成能工作于可见光波段的超材料光学器件。相关研究成果已发表于《科学进展》。  目前,绝大多数超材料采用金属材料来制备,这些金属超材料可较好地工作于微波和太赫兹波段。但在更高频率的近红外,特别是可见光波段,金属会吸收过多的光线并造成显著的能量损耗,从而限制了金属超材料在近红外和可见光波段的应用。因此,低损耗的非金属超材料的制备与应用是国际超材料研究领域的热点之一。  据悉,武利民课题组通过将15纳米的锐钛矿二氧化钛纳米粒子组装成半球形和超半球形固体浸没超透镜,在常规的光学显微镜下实现了45纳米的超分辨率显微成像,大大突破了光学显微镜的极限分辨率200纳米,并揭示了二氧化钛纳米粒子间的近场耦合效应在该可见光超材料中的重要作用。  这项研究提供了一种在纳米尺度操纵可见光的途径,未来将该组装方法与纳米印迹、微纳流体等技术结合,有望制备出紧凑、低成本的超材料光学器件,应用于隐身、光子计算机、近场光学检测及太阳能利用等领域。
  • 国内首套真空太赫兹波段近场光学显微系统在电子科技大学太赫兹中心成功安装
    太赫兹有着光明的应用前景,还是一片未开垦的处女地。电子科技大学太赫兹中心自成立以来,为太赫兹科学研究搭建了更高的合作发展平台,也标志着我国以“国际前沿、”为目标的太赫兹科学研究迈入了崭新阶段。2018年6月,应电子科技大学太赫兹中心对真空环境下进行太赫兹近场光学研究的需求,QD中国工程师配合德国neaspec公司立即展开积响应并为客户量身定制了套真空太赫兹波段近场光学显微系统(HV-THz-neaSNOM),并已成功安装。 图1:电子科技大学太赫兹中心安装调试现场 图2:真空太赫兹波段近场光学显微系统(HV-THz-neaSNOM) 电子科技大学太赫兹中心原有一套大气环境太赫兹波段近场光学显微系统(THz-neaSNOM),空间分辨率~50nm、宽太赫兹时域近场响应波段0.5-2.2THz。由于更进一步的科研需要,客户需在更加严格的真空条件下进行太赫兹实验。为了满足客户的实验需求,德国neaspec公司在原有大气环境THz-neaSNOM的基础上,结合新的低温散射式近场光学显微镜(Cryo-neaSNOM)技术,设计了新的真空腔体系统,改进了原子力显微镜布局,并重新设计了光路,终成功研发出了套真空太赫兹波段近场光学显微系统(HV-THz-neaSNOM)。该套系统成功地继承了德国neaspec公司THz-neaSNOM的设计优势,采用保护的双光路设计,完全可以实现真空环境下太赫兹波段应用的样品测量。HV-THz-neaSNOM在实现30nm高空间分辨率的同时,由于采用0.1-3THz波段的时域太赫兹光源(THZ-TDS),也可以实现近场太赫兹成像和图谱的同时测量。这大地满足真空环境中太赫兹近场光学研究的需求,可以减少大气中水对太赫兹波段的吸收影响,能更好地保持样品的洁净,为用户进一步集成真空设备提供了基础。 图3:系统理论培训 图4:现场实时操作培训 太赫兹波有强的穿透性,对不透明物体能完成透视成像,用来做半导体材料、生物样品等的检测是其应用趋势之一。该套真空太赫兹波段近场光学显微系统(HV-THz-neaSNOM)的集成,将在生物应用、半导体元器件和相变材料载流子等研究及领域都有着广阔的应用前景,有望为广大太赫兹科研工作者提供更多实际研究工作中的便利和支持。
  • 近场声学显微镜成熟商品的“中国创造”——访中科院上海硅酸盐研究所殷庆瑞研究员
    2011年3月7-14日,中科院上海硅酸盐研究所研制的纳米热学-声学显微镜成像系统亮相国家“十一五”重大科技成就展,并引起了业内人士、专业媒体多方面关注。据了解,该项目负责人殷庆瑞研究员以自行研制的材料和器件为核心技术,已成功研发出多台具有自主知识产权的大型科学仪器设备,如扫描电声显微镜(SEAM)、扫描探针声学显微镜(SPAM)、扫描热学显微镜(SThM)、激光-光声测量仪、超声雾化器等。  其中,扫描电声显微镜创新性地将电子显微术(SEM)与声学显微术(SAM)“合二为一”,被称为该领域全球唯一成熟的商品化扫描电声显微镜,现已荣获国家技术发明二等奖、国际工业博览会银奖以及中科院自然科学一等奖等殊荣。目前,该款仪器已成功更新至第IV代,分辨率达到200nm,在国内相关的企事业单位得到了实际应用,并出口到美国、德国、日本、台湾、新加坡等地,成为“我国大型科学仪器出口到发达国家和地区的一个成功范例”。  近日,仪器信息网就声学显微镜成像技术与仪器的研制、应用、产业化等问题,专门采访了中科院上海硅酸研究所殷庆瑞研究员。中科院上海硅酸盐研究所殷庆瑞研究员潜心数载攻难关 成功研发世界先进水平扫描电声显微镜  扫描电声显微镜是一种多功能、高分辨率的显微成像仪器,兼具电子显微术高分辨率和声学显微术非破坏性内部成像的特点,拥有广阔的市场应用前景。殷庆瑞研究员瞄准市场需求,创造性地把电子光学技术、弱信号检测技术、图像处理技术及计算机技术有机融为一体、先后研制出具有自主知识产权的四代扫描电声显微镜,并获得国内外多项大奖。  对于扫描电声显微镜的研发初衷,殷庆瑞研究员回忆到:“1979-1981年,我被派往英国牛津大学的Clarendon实验室和材料系做访问学者。在那里,我发现同行们都是自行研制仪器做科研,发现的物质结构或实验结果也颇具创新性。相比之下,国内大多是购买现成仪器搞科研,实验结果自然也雷同,很难有创新的成果。因此我决定回国后要结合具体的科研工作,按照自己的新思路,研发新仪器、建立新方法。  “回国后,我最开始研制成功的是激光-光声测量仪,为定量表征薄膜压电性能、功能陶瓷弱相变行为和自发极化剖面分布提供了新技术,解决了当时薄膜材料性能表征的关键技术难题,获得了中科院自然科学奖二等奖。之后,我又研发出了超声雾化器,在日化工业、陶瓷制备方面得到了成功应用。”扫描电声显微成像系统  在提到扫描电声显微镜的研发历程时,殷庆瑞研究员则说到:“在国家‘863’计划的支持下,我们课题组1988年在国内率先开展了扫描电声显微镜及其相关器件、材料、成像理论和应用研究,这几乎与国际同步。随后几年,整个研发团队潜心研究,攻克各类技术难关,终于研制出了扫描电声显微镜。截至目前,我们已先后完成了SEAM-I型、II型、III型、IV型四代电声成像系统的研制,分辨率已达到200nm,总体技术指标和功能均处于世界先进水平。”  同时,殷庆瑞研究员补充到:“扫描电声显微镜可以用‘二合一’来形容,既能利用电子束探测物质的表面信息,又可以借用声波记录下物质的内部模样,兼具电子显微术高分辨率和声学显微术非破坏性内部成像的本领,可原位同时观察基于不同成像机理的二次电子像和电声像,实现‘二合一’!”  这项成果成功将电子显微术、声学显微术、数字信号处理和高灵敏度传感技术相结合,现拥有4项国家发明专利和一项国外发明专利, 更是荣获了2005年度国家技术发明二等奖、2006年度国际工业博览会银奖以及2010年度中科院自然科学一等奖。积极推进商品化 成为我国大型仪器出口成功范例  近年来我国科技经费投入持续增长,每年取得的科技成果有3万多项,但多数成果却陷入了“成果-证书-鸡肋”的尴尬状况。虽然目前科学成果商品化面临诸多问题,但也有不少成功范例,殷庆瑞研究员扫描电声显微镜的成功商品化便是其中之一。据悉,目前该项成果已被推广到国内外数十家单位,被誉为“全球唯一成熟的商品化扫描电声显微镜”。  科研成果要实现商品化,自然离不开应用开发。据殷庆瑞研究员介绍,扫描电声显微镜的横向分辨率、纵向分辨率、探测器灵敏度以及图像质量均处于国际领先水平,在评价电子陶瓷、金属、半导体、无机材料、复合材料以及功能器件时能够获得常规手段难以得到的信息,彰显了扫描电声显微成像技术在信息产生、检测和显示等方面的独特优势,当年前来访问的德国乌帕塔大学电子光学系主任巴克先生与新加坡国立大学电子光学专家彭教授也被这一独特优势深深折服。  殷庆瑞研究员介绍:“目前,国内外科学家正是通过使用我们的扫描电声显微镜在各自研究领域内已获得了许多重大的新发现。例如,德国科学家Kohler博士首次在马氏材料上发现了铁磁畴结构及其相应的机理解释;日本筑波大学Kojima教授则首次获得了蝶形BaTiO3晶体电畴结构电声像;美国宾州大学Hang He博士和Ruyan Guo教授在不同材料上获得了铁弹畴、180°反平行周期结构畴的复合畴形态的电声像,并认为电声成像技术是研究功能材料机电耦合效应的一种独特方法;清华大学彭海东博士则观察到了金属-陶瓷复合涂层表面和亚表面显微结构的电声像。正是利用扫描电声显微镜独特的成像机理获得诸如此类的应用成果不胜枚举,而这么多的成功应用又极大地推动了扫描电镜的商品化进程。”  对于扫描电声显微镜的产业之路,殷庆瑞研究员谈到:“最初在仪器研发成功后,我们只是停留在一种‘自给自足’状态,并没有真正地实现规模化生产,也没有主动去开拓市场。后来通过国内外的学术交流,我们收到了第一张订单,而对方竟来自电子显微镜的诞生地和主要产地——德国,这极大地鼓励了我们要把样机商品化的信心,尤其在近几年,中科院一直强调科研创新以及‘产学研用’合作。因此,我们积极与上海市高新技术成果转化服务中心联系,并与国内几家仪器公司建立了合作关系,共同推进扫描电声显微镜的商品化。而在厂商接手过程中,我们也并没有撒手不管,听之任之,而是从实验数据、应用开发再到技术培训、售后维修,我们都全程参与。双方互相信任,通力协作,推动了科研成果向产业化发展。”  我国大型科学仪器历来依靠进口,而随着扫描电声显微镜的技术升级与商品化成熟,“中国创造”的扫描电声显微镜在中国大陆、台湾、美国、德国、日本、荷兰、新加坡等发达国家和地区的实验室里都能够找到,被誉为“我国大型科学仪器出口到发达国家和地区的成功范例”。超越“二合一” 实现电-声-热显微镜一体化  当今材料科学朝着纳米及精细复合方向发展,功能器件则越来越小型化、集成化,这就对材料及功能器件的评价表征方法提出了日益严峻的考验;为应对这一挑战,殷庆瑞研究员课题组“二合一”的科研工作还在一直持续着,已成功研制出扫描探针声学显微镜与扫描热学显微镜,现正在研发电-声-热显微镜“三合一”技术。  近年来,在扫描电声显微镜的基础上,殷庆瑞研究员又带领课题组突破传统声学成像技术的概念,成功研发了低频(300Hz-3KHz)、高分辨率(10nm)扫描探针声学显微成像(SPAM),使低频声学成像技术拓展到了纳米级分辨率水平。  对此,殷庆瑞研究员表示:“原子力显微镜(SPM)只能用于检测材料表面,而声学显微镜却可以用于材料的缺陷分析、电子结构、微区弹性等性能测试方面。随着纳米技术深入发展,我和我的团队想到了将声学技术与原子力显微镜结合,研发出了扫描探针声学显微镜。这项成果可以克服现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足,实现了材料表面及亚表面结构和物性的原位实时检测,在微、纳米材料和器件无损分析方面的应用前景十分广阔。目前,该仪器已被日本国家材料研究所、德国应用科学技术大学、北大、清华、南大等知名院校纷纷选择使用。”  而扫描热学显微镜(SThM)则是殷庆瑞研究员继SPAM之后对扫描探针显微术的又一项重大突破。该仪器主要利用材料的温度、热导率等变化进行成像,从而获得样品表面热分布和相关热物理性质的一种微纳米尺度的测试技术,适用于材料微区的热学性能表征。  殷庆瑞说到:“目前,国外科学家已分别研制出原子力显微镜与电、光、磁3种技术分别结合的显微成像仪器。而我们之前已研发出了扫描探针声学显微镜,因此把目光投向了扫描热学显微镜。在国家‘973’计划的支持下,我们在2010年成功研制出了扫描热学显微镜,目前在微电子器件、材料等领域已得到了日益广泛的应用。”扫描探针近场压电-声学-热学显微成像系统  最后,在谈到课题组下一步的研发计划时,殷庆瑞研究员提出:“我们打算研发电、声、热一体化的扫描电镜,更加集成化、综合化、实用化,而这也是当今科学仪器发展的一个大方向。我相信,这款仪器将更加适用于物质介观和微观层次上的特性表征,对相关材料、器件与显微成像技术领域的发展,也将是一个极大地推动作用。”  后记:  美国NASA高级材料物理专家John博士曾这样评价,中科院上海硅酸盐所这个团队在电声成像的研究和应用方面已经成为世界的领导者。他们把电声成像扩展至实用阶段,而这项工作对该领域的影响是深远的。  的确如此,殷庆瑞研究员课题组将理论研究、材料制备器件设计、仪器研制与实际应用相结合,开发出独具特色的“二合一”新仪器,并积极推进相关科研成果的商业化,取得了一定的经济效益和良好的社会效益。因此我们有理由相信,殷庆瑞研究员和他的团队下一个“电-声-热显微镜一体机”必将在日益发展的纳米科学时代能够“大放异彩”!  采访编辑:刘玉兰  殷庆瑞研究员个人简介:  殷庆瑞研究员,1965年毕业于东南大学(南京工学院)无线电工程系。同年9月分配至中国科学院硅酸盐研究所工作至今。期间,1979-1981年在英国牛津大学Clarendon物理实验室访问学者,1989年在日本东京大学应用化学系客座研究员,2003年在德国乌帕塔大学电子工程系访问教授。  他主要从事电子陶瓷材料物理性能、器件设计以及光声学、电声成像和扫描探针声学显微术方面的研究。他在国内外重要刊物上已发表论文300余篇,专著两本(80余万字),英文版专著一本(Spring ),译著两本。获得国家技术发明二等奖、三等奖各一项,国际工业博览会银奖一项,中国科学院自然科学一等奖、二等奖各一项,中国科学院科技进步一等奖一项、省部级三等奖两项,国内外专利十余项。  他曾兼任同济大学教授、香港理工大学智能材料中心国际顾问委员会委员、国家基金委员会重大项目首席科学家、国家“863”计划新材料领域专家委员会委员、美国IEEE高级研究员、亚洲铁电学联合会理事、亚洲电子陶瓷联合会理事和国际铁电学杂志编委等学术职务,并当选美国纽约科学院院士和国际陶瓷科学院院士。  他曾先后获得上海市劳动模范、全国“五一”劳动奖章、国家“863”计划十五周年先进个人、中国科学院研究生院杰出贡献教师等荣誉称号。  他曾担任过中国科学院硅酸盐所科技处处长、所长助理和副所长,以及中国科学院无机功能材料开放实验室以及国家重点实验室学术委员会副主任等职务。
  • 30mK极低温近场扫描微波显微镜研发核心:attocube极低温纳米位移台
    关键词:低温位移台;近场扫描微波显微镜; 稀释制冷机 背景介绍扫描隧道显微镜(STM)[1]和原子力显微镜(AFM)[2]等基于扫描探针显微术(SPM)的出现使得科学家能够在纳米分辨率下去研究更多材料的物理特性及图形。以这些技术为基础的纳米技术、材料和表面科学的迅速发展,大地推动了通用和无损纳米尺度分析工具的需求。尤其对于快速增长的量子器件技术领域,需要开发与这些器件本身在同一区域(即量子相干区域)中能够兼容的SPM技术。然而,迄今为止,能够与样品进行量子相干相互作用的纳米尺度表征的工具仍非常有限。特别是在微波频率下,光子能量比光波长小几个数量,加之缺乏单光子探测器和对mK端温度的严格要求,更是一个巨大的挑战。近年来,固态量子技术飞速发展迫切需要能够在此端条件下运行的SPM探测技术。技术核心近场扫描微波显微技术(NSMM)[3]结合了微波表征和STM或AFM的优势,通过使用宽带或共振探头来实现探测。在近场模式下,空间分辨率主要取决于SPM针尺寸,可以突破衍射限的限制,获得纳米别的高分辨率图像。NSMM的各种实现方式已被广泛应用于非接触式的探测半导体器件[4],材料中的缺陷[5]、生物样品的表面[6]及亚表面分析,以及高温超导性[7]的研究。但是在低温量子信息领域中的应用还鲜有报道。英国物理实验室NPL的塞巴斯蒂安德格拉夫(Sebastian de Graaf)小组与英国伦敦大学谢尔盖库巴特金(Sergey Kubatkin)教授小组合作开发了一种在30 mK下工作的新型低温近场扫描微波显微镜,同时,该显微镜还结合了高达6 GHz的微波表征和AFM技术,旨在满足量子技术领域的新兴需求。整个系统置于一台稀释制冷机中(如图1(b)所示),NSMM显微镜的示意图如图1(a)所示:在石英音叉上附着了一个平均光子占有率为~1的超导分形谐振器。一个可移动的共面波导被用来感应耦合到谐振器上进行微波的发射和信号的读出。整个系统的核心是德国attocube公司提供的兼容低温的铍铜材质的纳米精度位移台,该小组使用一组ANPx100和ANPz100纳米位移器将样品与针在x,y和z方向上对齐,同时使用一个小的ANPz51纳米位移器进行RF波导的纳米定位和耦合。图1.(a)NSMM显微镜的示意图。(b) 稀释制冷机中弹簧和弹簧悬挂的NSMM示意图。测量结果如图2所示,Sebastian教授演示了在单光子区域中以纳米分辨率进行扫描的结果。扫描的区域与在硅衬底上形成铝图案的样品相同。扫描显示三个金属正方形(2×2μm2)与两个较大的结构相邻,形成一个叉指电容器。叉指电容器的每个金手指有1 μm的宽度和间距,尽管在图2中,由于的形状,这些距离看起来不同。图2. 在30 mK下扫描具有相邻金属垫的交叉指电容器.(a)得到的AFM形貌图。(b) 单光子微波扫描(~1)显示了微波谐振腔的频移,微波扫描速度为0.67 μm/s.(c)高功率微波扫描结果(~270)。(d) 在调谐叉频率(30 kHz)下解调的PDH误差信号,与dfr/dz(~270)成正比。(e) 扫描获得的信噪比(SNR)作为平均光子数的函数。attocube低温位移台德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造公司。拥有20多年的高精度低温纳米位移台的研发和生产经验。公司已经为各地科学家提供了5000多套位移系统,用户遍及全球著名的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑,体积小,种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器。德国attocube公司的位移器以稳定而优异的性能、原子的定位精度、纳米位移步长和厘米位移范围深受科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和端环境中,包括超高环境(5E-11 mbar)、低温环境(10mK)和强磁场中(31 Tesla)。图3. attocube低温强磁场纳米精度位移器,扫描器,3DR主要参数及技术特点参考文献:[1]. Binnig, G., Rohrer, H., Gerber, C. & Weibel, E. Surface studies by scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. Lett. 49, 57 (1982).[2]. Binnig, G., Quate, C. F. & Gerber, C. Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett. 56, 930 (1986).[3]. Bonnell, D. A. et al. Imaging physical phenomena with local probes: From electrons to photons. Rev. Mod. Phys. 84, 1343 (2012).[4]. Kundhikanjana, W., Lai, K., Kelly, M. A. & Shen, Z. X. Cryogenic microwave imaging of metalinsulator transition in doped silicon. Rev. Sci. Instrum. 82, 033705 (2011).[5]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).[6]. Gregory, A. et al. Spatially resolved electrical characterization of graphene layers by an evanescent field microwave microscope. Physica E 56, 431 (2014).[7]. Lann, A. F. et al. Magnetic-field-modulated microwave reectivity of high-Tc superconductors studied by near-field mm-wave. microscopy. Appl. Phys. Lett. 75, 1766 (1999). 更多文章信息请点击:https://doi.org/10.1038/s41598-019-48780-3
  • 蓝光近场太赫兹非线性光学技术
    近日,美国布朗大学物理系的Angela Pizzuto等人完成了第一个使用蓝光的扫描近场显微镜的实验演示。通过410纳米的飞秒脉冲,研究人员直接从体硅中产生太赫兹脉冲,以纳米级的分辨率进行空间分辨,这些信号提供了使用近红外激发无法获得的光谱信息。他们开发了一个新的理论框架来解释这种非线性相互作用,使得材料参数的精确提取成为可能。这项工作为使用扫描近场显微镜方法研究技术上相关的宽带隙材料建立了一个可能的新领域。上世纪90年代中期,散射型扫描近场光学显微镜(s-SNOM)的出现,改变了亚波长光学领域。这种技术涉及到将电磁辐射耦合到一个尖锐的亚波长金属尖端,并随后在远场测量从该尖端-样品交界处散射的辐射。在过去的十年里,这种近场测量的方法在光谱的红外和太赫兹区域产生了显著的影响。基于孔径的亚波长光谱学方法是具有挑战性的,随着波长的增加,入射波与金属尖端的耦合变得更容易,而空间分辨率仍然受到尖端尺寸的限制。关于短波长辐射与纳米级尖端的耦合是一项艰巨的任务,阻碍了对重要的宽带隙材料的纳米级研究,如硅和氮化镓等。这些材料已经用低于带隙的激发方式在近场进行了线性光学研究。将纳米级的非线性光学方法应用于其他材料已比较成熟,但由于将该方法应用于这些高度相关的材料系统一般需要更高的能量光激发,至今还没有实现。布朗大学的Angela Pizzuto等人描述了一个入射光子能量超过3eV的扫描近场光学显微镜测量。使用410纳米的飞秒脉冲,研究人员照亮了一个锋利的金属原子力显微镜(AFM)尖端,并通过二阶非线性光学过程诱导来自几种不同材料的太赫兹发射,以实现具有纳米级空间分辨率的激光太赫兹发射显微镜(LTEM)。由于宽直接带隙以上的双光子激发,泵浦光子的高能量使大块晶体硅的强太赫兹发射成为可能。激光太赫兹发射显微镜的特性导致了对光学对准的要求大大放宽;传统的线性扫描近场光学显微镜使用纳米尖来限制入射波,这种聚焦短波长辐射在纳米尖下的精确对准实际上是有挑战性的。在实验中,通过对一小部分的宏观光生太赫兹偶极子的外耦合,可以获得纳米级的分辨率,研究人员首次实现了在扫描近场光学显微镜中使用紧密聚焦的蓝光。他们得到了第一个硅的近场激光太赫兹发射显微镜图像,并将结果与太赫兹扫描近场光学显微镜通过尖端的太赫兹脉冲的弹性散射获得的结果相比较。图1是激光路径和扫描近场光学显微镜实验装置示意图。近红外、蓝光和太赫兹光束分别产生,其中太赫兹脉冲使用传统的光电导天线产生,所有的三束光重叠并耦合到原子力显微镜中。散射或发射的太赫兹脉冲在另一侧通过自由空间电光采样进行相干检测。图1 实验装置示意图为了说明在宽带隙材料中使用激光太赫兹发射显微镜的价值,研究人员使用硅片作为样品,它在近红外激发下不会发出明显的太赫兹辐射。该硅片有一个小的区域,受到了离子注入,随后的退火激活了这个区域注入的掺杂物。这样硅片包含两个掺杂密度非常不同的区域,它们之间有一个清晰的边界。研究人员对这个边界区域进行了线性和非线性测量,并对结果进行比较。图2 硅样品的太赫兹辐射。(a)太赫兹脉冲 (b)太赫兹脉冲峰峰值与泵浦光束的平均功率之间的关系首先,当用超快蓝光泵浦时,未注入的基底和注入的区域都会发出太赫兹脉冲。图2a显示了由蓝光激发的THz脉冲,在探针敲击频率的二次谐波处解调得到的结果。可以观察到,轻度掺杂的基底比重度掺杂的植入区域产生明显更多的太赫兹发射。为了更好地理解太赫兹的产生机制,研究人员测量了发射的太赫兹峰峰值与蓝色泵浦光束的平均功率之间的关系,如图2b所示。当功率在大约2 mW以上,太赫兹发射强度受蓝光功率增加的影响较小;事实上,一旦泵浦通量足够高,很大一部分可用的电荷载流子将被光激发,任何多余的泵浦光子将被高的局部导电性屏蔽。由图2b中的插图可以看出,发射的太赫兹场的振幅和泵浦光功率之间有一个明显的二次方关系。这表明THz产生的主要机制是双光子吸收;价带中的载流子吸收了超过6 eV的泵浦能量,并被激发到远高于块状Si的宽4.2 eV的直接带隙之上。该实验结果为扫描近场光学显微镜方法在宽带隙材料上的应用提供了新的可能性。
  • Science:石墨烯莫尔(moiré )超晶格纳米光子晶体近场光学研究
    光子晶体又称光子禁带材料。从结构上看,光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体,其物理思想可类比半导体晶体。通过设计,这类晶体中光场的分布和传播可以被调控,从而达到控制光子运动的目的,并使得某一频率范围的光子不能在其中传播,形成光子带隙。 光子晶体中介质折射率的周期性结构不仅能在光子色散能带中诱发形成完整的光子带隙,而且在特定条件下还可以产生一维(1D)手性边界态或具有Dirac(或Weyl)准粒子行为的奇异光子色散能带。原则上,光子晶体的概念也适用于控制“纳米光”的传播。该“纳米光”指的是限域在导电介质表面的光子和电子的一种耦合电磁振荡行为,即表面等离子体激元(SPPs)。该SPP的波长,λp,相比入射光λ0来说多可减少三个数量。如果要想构筑纳米光子晶体,我们需要在λp尺度上实现周期性介电结构,传统方法中采用top-down技术来构建纳米光子晶体,该方法在加工和制造方面具有较大的限制和挑战。 2018年12月,美国哥伦比亚大学D.N. Basov教授在Science上发表了题为Photonic crystals for nano-light in moiré graphene superlattices的全文文章。研究者利用存在于转角双层石墨烯结构(twisted bilayer grapheme, TBG)中的莫尔(moiré)超晶格结构,成功构筑了纳米光子晶体,并利用德国neaspec公司的neaSNOM纳米高分辨红外近场成像显微镜研究了其近场光导和SPP特性,证明了其作为纳米光子晶体对SPP传播的调控。 正常机械解理的双层石墨烯是AB堆叠方式,但是,当把其中的一层相对于另一层旋转一个角度,就会形成AB和BA堆叠方式相间排列的莫尔超晶格结构,AB畴区和BA畴区之间是AA堆叠方式的畴壁,如图例1A所示。如果通过门电压对该双层石墨烯施加一个垂直电场,会在AB畴区和BA畴区打开一个带隙,从AB畴区到BA畴区堆叠次序的反转连同能带结构的反转则会在畴壁上形成拓扑保护的一维边界态,如图例1C。一维边界态的存在会使得畴壁上光学跃迁更加容易,表现为畴壁上增强的光导能力。研究者通过德国neaspec公司的neaSNOM高分辨率散射式近场红外光学显微镜对样品进行近场纳米光学成像,在近场光学振幅成像中观察到了转角双层石墨烯上六重简并的周期性亮线图案,成功可视化了这种光导增强的孤子超晶格网络。从近场光学振幅成像上可以看到孤子超晶格周期长度大约为260nm,据此,研究者推断对应的转角大约为0.06°。 图例1:散射式近场光学显微镜(neaSNOM)对转角双层石墨烯(TGB)进行近场纳米光学成像研究的结果。A:实验示意图(AB,BA,和AA表示石墨烯不同堆叠类型);B:近场纳米光学振幅成像及TEM图;C:畴壁上电子能带结构。 不仅孤子超晶格的周期性和等离激元的波长相匹配,而且之前的研究表明,双层石墨烯中的孤子对SPP具有散射行为,转角双层石墨烯中规律的孤子结构所形成的周期性散射源恰好满足了作为纳米光子晶体的条件。接下来研究孤子超晶格对SPP的光子晶体效应,实验中研究者利用neaSNOM近场光学显微镜的针作为SPP发射源,并通过改变门电压和入射光波长改变SPP的波长,在该器件上同时得到了两组近场光学振幅图和相位图(如图例2B和2C)。从图中可以看到,λp=135 nm和λp=282 nm的情况下,近场光学振幅图和相位图表现出截然不同的周期性明暗图案,这种周期性明暗分布正是SPP在孤子超晶格传播过程中干涉效应的显现,近场光学振幅图、相位图和理论计算结果显示出的吻合性。对近场光学成像的傅里叶变换使得研究者可以进入动量空间研究其光子能带结构,结合模拟计算,对光子能带结构的研究表明,虽然孤子对SPP的散射较弱,还不足以形成纳米光学带隙,但是转角双层石墨烯中SPP的传播毫无疑问符合纳米光子能带色散行为。 图例2:散射式近场光学显微镜(neaSNOM)研究石墨烯超晶格中等离激元(SPP)传播近场光学成像结果。A,C: 通过改变门电压和入射光波长,λp分别为135nm和282nm下近场光学成像结果(同时获得近场光学振幅成像和相位成像);B,D: 模拟计算结果。 在该项工作中,研究者利用转角双层石墨烯设计实现了石墨烯SPP纳米光子晶体,并利用德国neaspec散射式近场光学显微镜从几个途径进行了研究。先,畴壁区域增强的光导响应来源于孤子的一维拓扑边界态,neaSNOM近场光学显微镜以高的分辨率可视化了孤子超晶格网络。其次,双层石墨烯纳米光子晶体的主要参数(周期性、能带结构)可以通过改变转角角度和静电场等实现连续调控,这可以突破标准top-down或光刻等技术来构筑纳米光子晶体的限制和挑战。在电中性点附近,孤子被预言具有拓扑保护的一维等离激元模式,此时,双层石墨烯纳米光子晶体作为一维等离激元的二维网络载体,可能会展现出很有意思的光学现象。 特别值得指出的两点是:1.即使研究者通过0.06°的超小转角制造了高达260nm的孤子超晶格周期长度,如果没有neaSNOM近场光学显微镜高的空间分辨率(取决于针曲率半径,高可达10nm),清晰地看到孤子超晶格网络依然是非常困难的。2.neaSNOM近场光学显微镜具有的伪外差相位解调模块,可以同时实现高信噪比下的近场光学信号振幅成像和相位成像。该项工作中实验结果和模拟计算结果的吻合很好地证明了这一点。作为二维材料纳米光学领域为专业的研究工具,neaspec近场光学显微镜已经助力国际和国内多个研究机构在为的杂志发表了诸多研究成果。不仅是在纳米光学成像领域,neaspec开放兼容的设计使得它在纳米傅里叶红外光谱(nano-FTIR)、太赫兹(THz)、拉曼、荧光、超快、光诱导等多个领域均有广泛应用。
  • 光学显微镜技术和应用简介
    自然界中一些最基本的过程发生在微观尺度上,远远超出了我们肉眼所能看到的极限,这推动了技术的发展,使我们能够超越这个极限。早在公元4世纪,人们发现了光学透镜的基本概念,并在13世纪,人们已经在使用玻璃镜片,以提高他们的视力和放大植物和昆虫等对象以便更好地了解他们。随着时间的推移,这些简单的放大镜发展成为先进的光学系统,被称为光学显微镜,使我们能够看到和理解超越我们感知极限的微观世界。今天,光学显微镜是许多科学和技术领域的核心技术,包括生命科学、生物学、材料科学、纳米技术、工业检测、法医学等等。在这篇文章中,我们将首先探讨光学显微镜的基本工作原理。在此基础上,我们将讨论当今常用的一些更高级的光学显微镜形式,并比较它们在不同应用中的优缺点。    什么是光学显微镜?  光学显微镜用于通过提供它们如何与可见光相互作用(例如,它们的吸收、反射和散射)的放大图像来使小结构样品可见。这有助于了解样品的外观和组成,但也使我们能够看到微观世界的过程,例如物质如何跨细胞膜扩散。  显微镜的部件以及光学显微镜的工作原理  从根本上说,显微镜包括两个子系统:一个用于照亮样品的照明系统和一个成像系统,该系统产生与样品相互作用的光的放大图像,然后可以通过眼睛或使用相机系统进行观察。  早期的显微镜使用包含阳光的照明系统,阳光通过镜子收集并反射到样品上。今天,大多数显微镜使用人造光源,如灯泡、发光二极管(LED)或激光器来制造更可靠和可控的照明系统,可以根据给定的应用进行定制。在这些系统中,通常使用聚光透镜收集来自光源的光,然后在聚焦到样品上之前对其进行整形和光学过滤。塑造光线对于实现高分辨率和对比度至关重要,通常包括控制被照亮的样品区域和光线照射到它的角度。照明光的光学过滤,使用修改其光谱和偏振的光学过滤器,可用于突出样品的某些特征。图1:复合显微镜的基本构造:来自光源的光使用镜子和聚光镜聚焦到样品(物体)上。来自样品的光被物镜收集,形成中间图像,该图像由目镜再次成像并传递到眼睛,眼睛看到样品的放大图像。  成像系统收集与样品相互作用的照明光,并产生可以查看的放大图像(如上图1)。这是使用两组主要的光学元件来实现的:首先,物镜从样品中收集尽可能多的光,其次,目镜将收集的光中传递到观察者的眼睛或相机系统。成像系统还可包括诸如选择来自样品的光的某些部分的孔和滤光器之类的元件,例如仅看到已从样品散射的光,或仅看到特定颜色或波长的光。与照明系统的情况一样,这种类型的过滤对于挑出某些感兴趣的特征非常有用,这些特征在对来自样本的所有光进行成像时会保持隐藏。  总的来说,照明和成像系统在光学显微镜的性能方面起着关键作用。为了在您的应用中充分利用光学显微镜,必须充分了解基本光学显微镜的工作原理以及当今存在的变化。  简单复合显微镜  单个镜头可以用作放大镜,当它靠近镜头时,它会增加物体的外观尺寸。透过放大镜看物体,我们看到物体的放大和虚像。这种效果用于简单的显微镜,它由单个镜头组成,该镜头对夹在框架中并从下方照明的样品进行成像,如下图2所示。这种类型的显微镜通常可以实现2-6倍的放大倍率,这足以研究相对较大的样本。然而,实现更高的放大倍率和更好的图像质量需要使用更多的光学元件,这导致了复合显微镜的发展(如下图3)。图2:通过创建靠近它的物体的放大虚拟图像,将单个镜头用作放大镜。图3:左:简单显微镜。右:复合显微镜。  在复合显微镜中,从底部照射样品以观察透射光,或从顶部照射样品以观察反射光。来自样品的光由一个由两个主要透镜组组成的光学系统收集:物镜和目镜,它们各自的功率倍增,以实现比简单显微镜更高的放大倍率。物镜收集来自样品的光,通常放大倍数为40-100倍。一些复合显微镜在称为“换镜转盘(nose piece)”的旋转转台上配备多个物镜,允许用户在不同的放大倍数之间进行选择。来自物镜的图像被目镜拾取,它再次放大图像并将其传递给用户的眼睛,典型的目镜放大率为10倍。  可以用标准光学显微镜观察到的最小特征尺寸由所使用的光学波长(λ)和显微镜物镜的分辨率决定,由其孔径数值(NA)定义,最大值为NA =1空中目标。定义可区分的最小特征尺寸(r)的分辨率极限由瑞利准则给出:  r=0.61×(λ/NA)  例如,使用波长为550nm的绿光和典型NA为0.7的物镜,标准光学显微镜可以分辨低至0.61×(550nm)/0.7≈480nm的特征,这足以观察细胞(通常为10µm大小),但不足以观察较小生物的细节,例如病毒(通常为250-400nm)。要对更小的特征成像,可以使用具有更高NA和更短波长的更先进和更昂贵的物镜,但这可能不适用于所有应用。  在标准复合显微镜(如下图4a)中,样品(通常在载玻片上)被固定在一个可以手动或电子移动以获得更高精度的载物台上,照明系统位于显微镜的下部,而成像系统高于样本。然而,显微镜主体通常也可以适应特定用途。例如,立体显微镜(如下图4b)的特点是两个目镜相互成一个小角度,让用户可以看到一个略有立体感的图像。在许多生物学应用中,使用倒置显微镜设计(如下图4c),其中照明系统和成像光学器件都在样品台下方,以便于将细胞培养容器等放置在样品台上。最后,比较显微镜(如下图4d)常用于法医。图4:复合显微镜。a)标准直立显微镜指示(1)目镜,(2)物镜转台、左轮手枪或旋转鼻镜(用于固定多个物镜),(3)物镜、调焦旋钮(用于移动载物台)(4)粗调,(5)微调,(6)载物台(固定样品),(7)光源(灯或镜子),(8)光阑和聚光镜,(9)机械载物台。b)立体显微镜。c)倒置显微镜。  光学显微镜的类型  下面,我们将介绍一些当今可用的不同类型的光学显微镜技术,讨论它们的主要操作原理以及每种技术的优缺点。  亮视野显微镜  亮视野显微镜(Brightfield microscopy,BFM)是最简单的光学显微镜形式,从上方或下方照射样品,收集透射或反射的光以形成可以查看的图像。图像中的对比度和颜色是因为吸收和反射在样品区域内变化而形成的。BFM是第一种开发的光学显微镜,它使用相对简单的光学装置,使早期科学家能够研究传输中的微生物和细胞。今天,它对于相同的目的仍然非常有用,并且还广泛用于研究其他部分透明的样品,例如透射模式下的薄材料(如下图5),或反射模式下的微电子和其他小结构。图5:亮视野显微镜。左图:透射模式-在显微镜下看到的石墨(深灰色)和石墨烯(最浅灰色)薄片。在这里,图像上看到的亮度差异与石墨层的厚度成正比。右图:反射模式-SiO2表面上的石墨烯和石墨薄片,小的表面污染物也是可见的。  暗视野显微镜  暗视野显微镜是一种仅收集被样品散射的光的技术。这是通过添加阻挡照明光直接成像的孔来实现的,这样只能看到被样品散射的照明光。通过这种方式,暗场显微镜突出显示散射光的小结构(如下图6),并且对于揭示BFM中不可见的特征非常有用,而无需以任何方式修改样品。然而,由于在最终图像中看到的唯一光是被散射的光,因此暗场图像可能非常暗并且需要高照明功率,这可能会损坏样品。  图6:亮视野和暗视野成像。a)亮视野照明下的聚合物微结构。b)与a)中结构相同的暗视野图像,突出显示边缘散射和表面污染。c)与a)和b)相似的结构,被直径为100-300nm的纳米晶体覆盖。仅观察到纳米晶体散射的光,而背景光被强烈抑制。  相差显微镜  相差显微技术(Brightfield microscopy,PCM)是一种可视化由样品光路长度变化引起的光学相位变化的技术.这可以对在BFM中产生很少或没有对比度的透明样品进行成像,例如细胞(如下图7)。由于肉眼不易观察到光学相移,因此相差显微镜需要额外的光学组件,将样品引起的相移转换为最终图像中可见的亮度变化。这需要使用孔径和滤光片来操纵照明系统和成像系统。这些形状和选择性地相移来自样品的光(携带感兴趣的相位信息)和照明光,以便它们建设性地干涉眼睛或检测器以创建可见图像。图7:人类胚胎干细胞群落的相差显微图像。  微分干涉显微镜  与PCM类似,微分干涉显微镜(differential interference contrast microscopy,DICM)通过将由于样品光路长度变化引起的光学相位转换为可见对比度,从而使透明样品(例如活的未染色细胞)可视化。然而,与PCM相比,DICM可以实现更高分辨率的图像,并且减少了由PCM所需的光学器件引入的清晰度和图像伪影。在DICM ,照明光束被线性偏振器偏振,其偏振旋转,使其分裂成两个偏振光束,它们具有垂直偏振和小(通常低于1µm)间隔。穿过样品后,两束光束重新组合,从而相互干扰。这将创建一个对比度与图像成正比的图像差在两个偏振光束之间的光相位,因此命名为“差”干涉显微镜。DICM产生的图像出现与采样光束之间的位移方向相关的三维图像,这导致样品边缘具有亮区或暗区,具体取决于两者之间的光学相位差的符号(如下图8)。图8:微分干涉对比显微镜。左:DICM的原理图。右图:通过DICM成像的活体成年秀丽隐杆线虫(C.elegans)。  偏光显微镜  在偏振光显微镜中,样品用偏振光照射,光的检测也对偏振敏感。为了实现这一点,偏振器用于控制照明光偏振并将成像系统检测到的偏振限制为仅一种特定的偏振。通常,照明和检测偏振设置为垂直,以便强烈抑制不与样品相互作用的不需要的背景照明光。这种配置需要一个双折射样品,它引入了照明光偏振角的旋转,以便它可以被成像系统检测到,例如,观察晶体的双折射以及它们的厚度和折射率的变化(如下图9)。图9:偏光显微镜。橄榄石堆积物的显微照片,由具有不同双折射的晶体堆积而成。整个样品的厚度和折射率的变化会导致不同的颜色。  荧光显微镜  荧光显微镜用于对发出荧光的样品进行成像,也就是说,当用较短波长的光照射时,它们会发出长波长的光。示例包括固有荧光或已用荧光标记物标记的生物样品,以及单分子和其他纳米级荧光团。该技术采用了滤光片的组合,可阻挡短波长照明光,但让较长波长的样品荧光通过,因此最终图像仅显示样品的荧光部分(如下图10)。这允许从由许多其他非荧光颗粒组成的样品中挑出和可视化荧光颗粒或已被染料染色的感兴趣细胞的分布。同时,荧光显微镜还可以通过标记小于此限制的粒子来克服传统光学显微镜的分辨率限制。例如,可以用荧光标记标记病毒以显示其位置在生物样品的情况下,可以表达荧光蛋白,例如绿色荧光蛋白。结合各种新颖形式的样品照明,荧光显微镜的这一优势实现了“超分辨率”显微镜技术,打破了传统光学显微镜的分辨率限制。荧光显微镜的主要限制之一是光漂白,其中标记物或颗粒停止发出荧光,因为吸收照明光的过程最终会改变它们的结构,使它们不再发光。图10:荧光显微镜。左:工作原理-照明光由短通激发滤光片过滤,并由二向色镜反射到样品。来自样品的荧光通过二向色镜,并被发射滤光片额外过滤以去除图像中残留的激发光。右图:有机晶体中分子的荧光图像(晶体轮廓显示为黄色虚线)。由于来自其他分子和晶体材料的荧光,背景并不完全黑暗。  免疫荧光显微镜  免疫荧光显微镜是主要用于在微生物的细胞内的生物分子可视化的位置荧光显微镜的具体变化。在这里,用荧光标记物标记或固有荧光的抗体与感兴趣的生物分子结合,揭示它们的位置。(如下图11)图11:免疫荧光显微镜。肌动蛋白丝(紫色)、微管(黄色)和细胞核(绿色)的免疫荧光标记的两个间期细胞。  共聚焦显微镜  共聚焦显微镜是一种显微镜技术,它可以逐点成像来自样品的散射或荧光。不是一次对整个样品进行照明和成像,而是在样品区域上扫描源自点状光源的照明点,敏感检测器仅检测来自该点的光,从而产生2D图像。这种方法允许以高分辨率对弱信号样本进行成像,因为来自采样点之外的不需要的背景信号被有效抑制。在这里,所使用的波长和物镜在所有三个维度上都限制了成像光斑的大小。这允许通过将物镜移动到距样品不同的距离,在样品内的不同深度处制作2D图像。然后可以组合这些2D图像“切片”以创建样本的3D图像,这是所讨论的其他宽视场显微镜技术无法实现的,并且还允许以3D方式测量样品尺寸。这些优势的代价是无法一次性拍摄图像,而是必须逐点构建图像,这可能非常耗时并阻碍样本的实时成像(如下图12)。图12:单分子荧光的共聚焦荧光图像。小点对应于单个分子的荧光,而较大的点对应于分子簇。此处的荧光背景比简单的荧光显微镜图像弱得多,如亮点之间的暗区所见。  双光子显微镜  双光子显微镜(Two-photonmicroscopy,TPM)是荧光显微镜的一种变体,它使用双光子吸收来激发荧光,而不是单光子激发。在这里,通过吸收两个光子的组合来激发荧光,其能量大约是单个光子激发所需能量的一半。例如,在该方案中,通常由单个蓝色光子激发的荧光团可以被两个近红外光子激发。在TPM中,图像是逐点建立的,就像在共聚焦显微镜中一样,也就是说,双光子激发点在样品上扫描,样品荧光由灵敏的检测器检测。与传统荧光显微镜相比,激发和荧光能量的巨大差异导致了多重优势:首先,它允许使用更长的激发波长,在样品内散射较少,因此穿透更深,以允许在其表面下方对样品进行成像并创建3D样品图像。同时,由于激发能量低得多,光漂白大大减少,这对易碎样品很有用。激发点周围的荧光背景也大大减少,因为有效的双光子吸收仅发生在激发光束的焦点处,因此可以观察到来自样品小部分的荧光(如下图13)。  TPM的一个缺点是双光子吸收的概率远低于单光子吸收,因此需要高强度照明,如脉冲激光,才能达到实用的荧光信号强度。图13:双光子显微镜。花粉的薄光学切片,显示荧光主要来自外层。  光片显微镜  光片显微技术是荧光显微术的一种形式,其中样品被垂直于观察方向的薄“片”光照射,从而仅对样品的薄切片(通常为几微米)进行成像。通过在样品在光片中旋转的同时拍摄一系列图像,可以形成3D图像。这要求样品大部分是透明的,这就是为什么这种技术通常用于形成小型透明生物结构的3D图像,例如细胞、胚胎和生物体。(如下图14)图14:光片显微镜。左:工作原理。右:通过荧光成像用光片显微镜拍摄的小鼠大脑的荧光图像。  全内反射荧光显微镜  全内反射荧光(Totalinternal reflection fluorescence microscopy ,TIRF)是一种荧光显微技术,可通过极薄(约100nm厚)的样品切片制作2D荧光图像。这是通过照明光的渐逝场激发样品的荧光来实现的,当它在两种不同折射率(n)的材料之间的边界处经历全内反射时就会发生这种情况。消逝场具有与照明光相同的波长,但与界面紧密结合。在TIRF显微镜中,激发光通常在载玻片(n=1.52)和样品分散的水介质(n=1.35)之间的界面处发生全内反射。渐逝场的强度随距离呈指数下降来自界面,这样在最终图像中只能观察到靠近界面的荧光团。这也导致来自切片外区域的荧光背景的强烈抑制,这允许拾取微弱的荧光信号,例如在定位单个分子时。这使得TIRF非常适用于观察参与细胞间相互作用的荧光蛋白(如下图15)的微弱信号,但也需要将样品分散在水性介质中,这可能会限制可以测量的样品类型。图15:TIRF图像显示培养的视网膜色素上皮细胞中的蛋白质荧光。每个像素对应67nm。  膨胀显微镜  膨胀显微镜背后的基本概念是增加通常需要高分辨率显微镜的样品尺寸,以便可以使用标准显微镜技术(尤其是荧光显微镜)对其进行成像。这适用于保存的标本,例如生物分子、细胞、细菌和组织切片,可以使用下图16中所示的化学过程在所有维度(各向同性)均匀扩展多达50倍。扩展样本可以隔离感兴趣的个别特征通常是隐藏的,可以使它们透明,从而可以对它们的内部进行成像。图16:膨胀显微镜的样品制备。细胞首先被染色,然后连接到聚合物凝胶基质上。然后细胞结构本身被溶解(消化),使染色的部分随着凝胶各向同性地膨胀,从而使染色的结构更详细地成像。  光学显微镜中的卷积  除了使光学系统适应特定用例之外,现代光学显微镜还利用了数字图像处理,例如图像去卷积。该技术通过补偿光学系统本身固有的模糊,可以提高空间分辨率以及光学显微镜拍摄图像的定位精度。这种模糊可以在校准步骤中测量,然后可以用于对图像进行去卷积,从而减少模糊。通过将高性能光学元件与先进的图像处理相结合,数字显微镜可以突破分辨率的极限,以更深入地观察微观世界。(如下图17)图17:图像解卷积。左:原始荧光图像。右:解卷积后的图像,显示细节增加。  光学显微镜与电子显微镜  光学显微术通常使用可见光谱中的光波长,由于瑞利准则,其空间分辨率固有地限制为所用波长的大约一半(最多约为200nm)。然而,即使使用具有高NA和高级图像处理的物镜,也无法克服这一基本限制。相反,观察较小的结构需要使用较短波长的电磁辐射。这是电子显微镜的基本原理,其中使用电子而不是可见光照亮样品。电子具有比可见光短得多的相关波长,因此可以实现高达10000000倍的放大倍数,甚至可以分辨单个原子。(如下图18)  图18:同心聚合物结构中纳米晶体放大15000倍的扫描电子显微镜图像,即使是细微的细节,例如基材的孔隙,也能分辨出来。  总结与结论  光学显微镜是一种强大的工具,可用于检查各种应用中的小样本。通过调整用于特定用例的照明和成像技术,可以获得高分辨率图像,从而深入了解样品中的微观结构和过程。文中,我们讨论了各种光学显微镜技术的特点、优势和劣势,这些技术在光线照射和收集方式上有所不同。显微镜种类优点技术限制典型应用亮视野显微镜结构相对简单,光学元件很少低对比度、完全透明的物体不能直接成像,可能需要染色对彩色或染色样品和部分透明材料进行成像暗视野显微镜显示小结构和表面粗糙度,允许对未染色样品进行成像所需的高照明功率会损坏样品,只能看到散射图像特征细胞内颗粒成像,表面检测相差显微镜实现透明样品的成像复杂的光学设置,需要的高照明功率会损坏样品,通常图像较暗跟踪细胞运动,成像幼虫微分干涉对比显微镜比PCM更高的分辨率复杂的光学设置,需要的高照明功率会损坏样品,通常图像较暗活的、未染色的细胞和纳米颗粒的高分辨率成像偏光显微镜来自样品非双折射区域的强背景抑制,允许测量样品厚度和双折射需要双折射样品成像胶原蛋白,揭示晶体中的晶界荧光显微镜允许挑出样品中的单个荧光团和特定的感兴趣区域,可以克服分辨率限制需要荧光样品和灵敏的检测器,光漂白会减弱信号成像细胞成分、单分子、蛋白质免疫荧光显微镜使用抗体靶向可视化特定的生物分子大量样品制备,需要荧光样品,光漂白识别和跟踪细胞和蛋白质共聚焦显微镜低背景信号,可以创建3D图像成像速度慢,需要复杂的光学系统3D细胞成像,荧光信号较弱的成像样品,表面分析双光子显微镜样品穿透深度、背景信号低、光漂白少成像速度慢,需要复杂的光学系统和大功率照明神经科学,深层组织成像光片显微镜图像仅样品的极薄切片,可通过旋转样品创建3D图像成像速度慢,需要复杂的光学系统细胞和生物体的3D成像全内反射荧光显微镜强大的背景抑制,极精细的垂直切片成像仅限于样品的薄区域,需要复杂的光学系统,样品需要在水介质中单分子成像,成像分子运输膨胀显微镜提高标准荧光显微镜的有效分辨率需要对样品进行化学处理,不适用于活体样品生物样品的高分辨率成像  参考:  1. Rochow TG, Tucker PA. A Brief History of Microscopy. In: Introduction to Microscopy by Means of Light, Electrons, X Rays, or Acoustics. Springer US 1994:1-21. doi:10.1007/978-1-4899-1513-9_1  2. Smith WJ. Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems. McGraw-Hill 1990. ISBN: 0070591741  3. Shribak M, Inoué S. Orientation-independent differential interference contrast microscopy. Collected Works of Shinya Inoue: Microscopes, Living Cells, and Dynamic Molecules. 2008 (Dic):953-962. doi:10.1142/9789812790866_0074  4. Gao G, Jiang YW, Sun W, Wu FG. Fluorescent quantum dots for microbial imaging. Chinese Chem Lett. 2018 29(10):1475-1485. doi:10.1016/j.cclet.2018.07.004  5. Chalfie M, Tu Y, Euskirchen G, Ward W, Prasher D. Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science. 1994 263(5148):802-805. doi:10.1126/science.8303295  6. Baranov M V., Olea RA, van den Bogaart G. Chasing Uptake: Super-Resolution Microscopy in Endocytosis and Phagocytosis. Trends Cell Biol. 2019 29(9):727-739. doi:10.1016/j.tcb.2019.05.006  7. Miller DM, Shakes DC. Chapter 16 Immunofluorescence Microscopy. In: Current Protocols Essential Laboratory Techniques. Vol 10. 1995:365-394. doi:10.1016/S0091-679X(08)61396-5
  • 探索微观世界:从光学显微镜到电子显微镜
    人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右,我们是怎么一步步地看见细菌、病毒,乃至蛋白质结构的呢?这背后离不开这群“强迫症”。采访专家:张德添(军事医学科学院国家生物医学分析中心教授)“我非常惊奇地看到水中有许多极小的活体微生物,它们如此漂亮而动人,有的如长矛穿水而过,有的像陀螺原地打转,还有的灵巧地徘徊前进,成群结队。你简直可以将它们想象成一群飞行的蚊虫。”1675年,一名荷兰代尔夫特市政厅的小公务员给英国皇家学会写了这样一封信,向学会的会员们描述自己用自制的显微镜观察到的奇妙景象。作为给当时欧洲最富盛名的学术组织寄去的一封学术讨论信件,这名公务员并没有进行大篇幅严谨却枯燥的科学论证,而是用朴实的语言,在字里行间留下了自己发现新事物时那种孩童般的惊奇与喜悦。这位当时默默无闻的小公务员,正是大名鼎鼎的微生物学和显微镜学先驱者—安东尼范列文虎克。在50年的时间里,列文虎克用制作的显微镜观察到了细菌、肌纤维和精细胞等微观生物,并先后给英国皇家学会寄去了300多封信件来讨论他的新发现。正是在列文虎克的不懈坚持下,人类观察世界的眼睛终于来到了微生物层面。初代显微镜:拨开微生物世界的迷雾列文虎克能发现色彩斑斓的微生物世界,主要得益于他在透镜制作方面的天赋。他一生中制作了多达400多台显微镜,与今日我们熟知的显微镜存在很大不同,列文虎克的显微镜绝大多数属于单透镜显微镜,仅由一个小黄铜板构成,使用时需要仰身将这个铜板面向阳光进行观察。列文虎克凭借他的一系列惊人发现迅速成为当时科学界的“网红级”人物。然而真正奠定显微镜学理论基础的,则是同时期的英国科学家罗伯特胡克。在列文虎克还在钻研透镜制作技艺时的1665年,在英国皇家学会负责科学试验的胡克,就制作了一台显微镜,与列文虎克使用的单透镜显微镜不同,这是一台复式显微镜,其工作原理和外形已经很接近现代的光学显微镜了。胡克用这台显微镜观察一片软木薄片,发现了密密麻麻的格子状结构,酷似当时僧侣居住的单人房间,因此胡克就用英语中单人间一词“cell”来命名这种结构,而这个单词在当代被翻译为“细胞”。不久,胡克写就了《显微图谱》一书,将这一重要观察成果写入书中。胡克的研究成果很快引起了列文虎克的注意,他曾研究过胡克的显微镜,但最后还是使用了自制的单透镜显微镜来进行观察。原因就在于胡克显微镜存在严重的色差问题。所谓色差,就是在光线经过透镜时,不同颜色的光因折射率不同,会聚焦于不同的点上,使得样品的成像被一层色彩光斑所包围,严重影响清晰度。列文虎克提出的解决方案也很简单,就是在透镜研磨的精细程度上下功夫,将单透镜制成小玻璃珠,并将之嵌入黄铜板的细孔内,这样在放大倍数不低于胡克显微镜的基础上,最大程度避免色差对成像的干扰。但代价是,由于观察时是需要对着阳光,对观测者的眼睛伤害很大。除了色差,早期显微镜还存在着球面像差问题,即光线在经过透镜折射时,接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一点上,使得成像模糊不清。自显微镜诞生之日起,色差和球面像差就成为“与生俱来的顽疾”,一直制约着人们向微观世界进军的步伐。直到19世纪,光学显微技术才在工业革命的助力下完成了一次实质性蜕变,从而在根本上解决了这两个难题。挑战色差与球面像差:逐渐清晰的微观视角首先是1830年,一个名为李斯特的英国业余显微镜学爱好者首先向球面像差发起挑战,他创造性地用几个特定间距的透镜组,成功减小了球面像差影响。此后,改进显微镜的主阵地很快转移到了德国,其中1846年成立的蔡司光学工厂,更是在此后一个世纪里成为领头羊。1857年蔡司工厂研制出第一台现代复式显微镜,并成功打入市场。不过在研制和生产过程中,蔡司也深受色差之苦:当时通行的增加透镜数量的做法,虽能提升显微镜的放大倍数,却仍无法消除色差对成像清晰度的干扰。1872年,德国耶拿大学的恩斯特阿贝教授提出了完善的显微镜学理论,详细说明了光学显微镜的成像原理、数值孔径等科学问题。蔡司也迅速邀请阿贝教授加盟,并研制出一批划时代的光学部件,其中就包括复消色差透镜,一举消除了色差的影响。在阿贝教授的技术加持下,蔡司工厂的显微镜成为同类产品中的佼佼者,很快成为欧美各大实验室的抢手货,并奠定了现代光学显微镜的基本形态。不久,蔡司又拉来了著名化学家奥托肖特入伙,将其研制的具有全新光学特性的锂玻璃应用在自家产品上。1884年,蔡司更是联合阿贝与肖特,成立了“耶拿玻璃厂”,专为显微镜生产专业透镜。显微镜技术的突飞猛进也让各种现代生物学理论不断完善,透过高分辨率的透镜,微观世界中各种复杂的结构逐步以具象的形式呈现在人类眼前。由于微观层面的生物结构大多是无色透明的,为了让他们在镜头下变得清晰可见,当时的科学家普遍将生物样品染色,以此提高对比度方便观察。这一方法最大的局限在于,染料本身的毒性往往会破坏微生物的组织结构,这一时期染剂落后的材质,也无法实现对某些特定组织的染色。直到1935年荷兰学者泽尼克发现了相衬原理,并将之成功应有于显微镜上。这种相衬显微技术,利用光线穿过透明物体产生的极细微的相位差来成像,使得显微镜能够清晰地观察到无色透明的生物样品。泽尼克本人则凭借此次发现斩获了1953年的诺贝尔物理学奖。军事医学科学院国家生物医学分析中心教授,长期致力于电子显微镜领域研究的张德添向记者介绍道:“人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右,而光学显微镜的分辨本领可以达到0.2微米(1毫米=1000微米)的水平,能够看到细菌和细胞。但由于光具有波动性,衍射现象限制了光学显微镜分辨本领的进一步提高。”二战结束后,随着各种新理论新技术的不断应用,光学显微镜得到了长足进步,但也是在这一时期,光学显微镜的潜力已经被发掘到了极限。为蔡司工厂乃至整个显微镜学立下汗马功劳的阿贝教授就提出了“分辨率极限理论”,认为普通光学显微镜的分辨率极限是0.2微米,再小的物体就无能为力了—这一理论又被称为“阿贝极限”,这就好像一层屏障将人类的探索目光阻隔在更深度的微观世界大门之前,迫使科学家们另寻他途。电子显微镜:另辟蹊径,重新发现既然可见光存在这样的短板,那么能否利用其他波长较短的光束来实现分辨率的突破呢?张德添进一步介绍道:“1924年后,人们从物质领域内找到了波长更短的媒质—电子,从而发明了电子显微镜,其分辨本领达到了0.1纳米的水平。”1931年,德国科学家克诺尔和他的学生鲁斯卡在一台高压示波器上加装了一个放电电子源和三个电子透镜,制成了世界首台电子显微镜,就此为人类探索微观世界开拓了一条全新的思路。电子显微镜完全不受阿贝极限的桎梏,在分辨率上要远远超越当时的光学显微镜。鲁斯卡在次年对电子显微镜进行了改进,分辨率一举达到纳米级别(1微米=1000纳米)。在这个观测深度,人类终于亲眼看到了比细菌还要小的微生物—病毒。1938年,鲁斯卡用电子显微镜看到了烟草花叶病毒的真身,而此时距离病毒被证实存在已经过去了40年时间。对于电子显微镜技术的发明,张德添这样评价道:“电子显微镜是人们认识超微观世界的钥匙和工具,它解决了光学显微镜受自然光波长限制的问题,将人们对世界的认识从细胞水平提高到了分子水平。” 从肉眼只能观察到的毫米尺度,到光学显微镜能够达到的微米尺度,再到电子显微镜能进一步下探到纳米尺度,显微成像技术正在迅速突破人类对微观世界的认知极限。不过电子显微镜本身的缺憾也愈加明显。由于电子加速只能在真空条件下实现,在真空环境之下,生物样品往往要经过脱水与干燥,这意味着电子显微镜根本无法观测到活体状态下的生物样品,此外电子束本身又容易破坏样品表面的生物分子结构,这就导致样品本身会丢失很多关键信息。这一顽疾在此后又困扰了科学家多年。直到1981年,IBM苏黎世实验室的两位研究员宾尼希与罗雷尔,用一种当时看起来颇有些“离经叛道”的方法,首先解决了电子束损害样品结构的问题。他们利用量子物理学中的“隧道效应”,制作了一台扫描隧道显微镜。与传统的光学和电子显微镜不同,这种显微镜连镜头都没有。在工作时,用一根探针接近样品,并在两者之间施加电压,当探针距离样品只有纳米级时就会产生隧道效应—电子从这细微的缝隙中穿过,形成微弱的电流,这股电流会随着探针与样品距离的变化而变化,通过测量电流的变化人们就能间接得到样品的大致形状。由于全程没有电子束参与,扫描隧道显微镜从根本上避免了加速电子对生物样品表面的破坏。扫描隧道显微镜在今天也被称为“原子力显微镜”,“在微米甚至纳米水平,动态观察生物样品表面形貌结构的变化规律,原子力显微镜是有其独特优势的”,张德添向记者解释说,“如果条件允许,还可以检测生物大分子间相互作用力的大小,为结构与功能关系研究提供便利。”1986年,宾尼希和罗雷尔凭借扫描隧道显微镜,获得当年的诺贝尔物理学奖,有趣的是,与他们一起分享荣誉的,还有当初发明电子显微镜的鲁斯卡,当时的他已是耄耋老人,而他的恩师克诺尔也早已作古。新老两代电子显微镜技术的里程碑人物同台领奖,成为当时物理学界的一段佳话。老树新芽:突破“阿贝极限”的光学显微镜电子显微镜在问世之后的几十年间,极大拓展了人类对生物、化学、材料和物理等领域认知疆界。而无论是鲁斯卡,还是宾尼希和罗雷尔,他们所作的贡献不仅让自己享誉世界,还助力其他领域的学者登上荣誉之巅。比如英国化学家艾伦克鲁格凭借对核酸与蛋白复杂体系的研究获得1982年度诺贝尔化学奖,而他的科研成果正式依靠高分辨电子显微镜技术和X光衍射分析技术而取得的。在克鲁格获奖的当年,以色列化学家达尼埃尔谢赫特曼更是使用一台电子显微镜,发现了准晶体的存在,并独享了2011年的诺贝尔化学奖。目前,电子显微镜已经成为金属、半导体和超导体领域研究的主力军。但在生物和医学领域,电子显微镜本身对生物样品的损害,依旧是难以逾越的技术难题。于是不少科学家开始从两条路径上寻求解决之道:一条是研发冷冻电镜技术,这种技术并不改变电子显微镜整体的工作模式,而是从生物样品本身入手,对其进行超低温冷冻处理。这样状态下,即使处在真空环境中,样品也能保持原有的形态特征与生物活性。“由于观测温度低,生物样品也处于含水状态,分子也处于天然状态,样品对辐射的耐受能力得以提高。我们可以将样品冻结在不同状态,观测分子结构的变化。”张德添向记者解释道。瑞士物理学家雅克杜波切特、美国生物学家乔基姆弗兰克和英国生物学家理查德亨德森凭借这项技术分享了2017年度诺贝尔化学奖。新冠疫情暴发后,冷冻电镜技术又为人类研究和抗击疫情做出了突出贡献。2020年,西湖大学周强实验室就利用这种技术,首次成功解析了此次新冠病毒的受体—ACE2的全长结构,让人类对新冠病毒的认识向前迈出了关键性一步。另一条路径是从传统的光学显微镜入手。在电子显微镜的黄金时代,不少科学家就开始着手研制超高分辨率光学显微镜,甚至开始尝试突破一直以来困扰光学显微镜的“阿贝极限”,而“荧光技术”就成为实现这一切的关键。早在19世纪中叶,科学家们就发现:某些物质在吸收波长较短而能量较高的光线(比如紫外光)时,能将光源转化为波长较长的可见光。这种现象后来被定义为“荧光现象”。荧光现象在自然界是普遍存在的,这一现象背后的原理也在20世纪迅速被应用在光学显微镜上。1911年,德国科学家首次研制出荧光显微镜装置,用荧光色素对样品进行荧光染色处理,并以紫外光激发样品的荧光物质发光,但成像效果不佳,而且把荧光物质当作染色剂,和早期的染色剂一样,本身的毒性会伤害活体样品。直到1974年,日本科学家下村修发现了绿色荧光蛋白,其毒性远弱于以往的荧光物质,是对活体标本进行荧光标记的理想材料——这一发现成为日后科学家突破“阿贝极限”的有力武器。时间来到1989年,供职于美国IBM研究中心的科学家莫尔纳首次进行了单分子荧光检测,使得光学显微镜的检测尺度精确到纳米量级成为可能。随后在莫尔纳的基础上,美国科学家贝齐格开发出一套新的显微成像方法:控制样品内的荧光分子,让少量分子发光,借此确定分子中心和每个分子的位置,通过多次观察呈现出纳米尺度的图像。通过这种方法,贝齐格轻而易举地突破了光学显微镜的阿贝极限。几乎在同时,德国科学家斯特凡赫尔在一次光学研究中突发奇想:根据荧光现象原理,如果用镭射光激发样品内的荧光物质发光,同时用另一束镭射光消除样品体内较大物体的荧光,这样就只剩下纳米尺度的分子发射荧光并被探测到,不就能在理论上得到分辨率大于0.2微米的微观成像了吗?他随即开始了试验,并制成了一台全新显微镜,将光学显微镜分辨率下探到了0.1微米的水平。困扰光学显微技术百年的阿贝极限难题,就这样历经几代科学家的呕心沥血,终于在本世纪初被成功攻克。莫尔纳、贝齐格和赫尔三位科学家更是凭借“超分辨率荧光显微技术”分享了2014年度的诺贝尔化学奖。时至今日,在探索微观世界的征途上,光学显微镜和电子显微镜互有长短、相得益彰。当然在实际应用中,科学家越来越依赖于将多种显微成像技术结合使用。比如今年5月,英国弗朗西斯克里克研究所就依托钙化成像技术、体积电子显微技术等多种显微成像技术,成功获得了人类大脑神经网络亚细胞图谱。在未来,多种显微成像技术相结合,各施所长,将进一步完善我们在生物、医学、化学和材料等领域的知识结构,把这个包罗万象的奇妙世界更完整地呈现在我们眼前。
  • 光学显微镜的注意事项
    一、正确安装的问题使用显微镜前,首先要把显微镜的目镜和物镜安装上去。目镜的安装极为简单,主要的问题在于物镜的安装,由于物镜镜头较贵重,万一学生安装时螺纹没合好,易摔到地上,造成镜头损坏,所以为了保险起见,强调学生安装物镜时用左手食指合中指托住物镜,然后用右手将物镜装上去,这样即使没安装好,也不会摔到地上。二、正确对光的问题对光是使用显微镜时很重要的一步,有些学生在对光时,随便转一个物镜对着通光孔,而不是按要求一定用低倍镜对光。转动反光镜时喜欢用一只手,往往将反光镜扳了下来。所以教师在指导学生时,一定要强调用低倍镜对光,当光线较强时用小光圈,平面镜,而光线较弱时则用大光圈,凹面镜,反光镜要用双手转动,当看到均匀光亮的圆形视野为止。光对好后不要随便的移动显微镜,以免光线不能准确的通过反光镜进入通光孔。三、正确使用准焦螺旋的问题使用准焦螺旋调节焦距,找到物象可以说是显微镜使用中最重要的一步,也是学生感觉最为困难的一步。学生在操作中极易出现以下错误:一是在高倍镜下直接调焦 二是不管镜筒上升或下降,眼睛始终在目镜中看视野;三是不了解物距的临界值,物距调到2~3厘米时还在往上调,而且转动准焦螺旋的速度很快。前两种错误结果往往造成物镜镜头抵触到装片,损伤装片或镜头,而第三种错误则是学生使用显微镜时最常见的一种现象。针对以上错误,教师一定要向学生强调,调节焦距一定要在低倍镜下调,先转动粗准焦螺旋,使镜筒慢慢下降,物镜靠近载玻片,但注意不要让物镜碰到载玻片,在这个过程中眼睛要从侧面看物镜,然后用左眼朝目镜内注视,并慢慢反向调节粗准焦螺旋,使镜筒缓缓上升,直到看到物像为止,同时向学生说明一般显微镜的物距在1厘米左右,所以如果物距已远远超过1厘米,但仍未看到物象,那可能是标本未在视野内或转动粗准焦螺旋过快,此时应调整装片位置,然后再重复上述步骤,当视野中出现模糊的物象时,就要换用细准焦螺旋调节,只有这样,才能缩小寻找范围,提高找到物象的速度。四、物镜转换的问题使用低倍镜后换用高倍镜,学生往往喜欢用手指直接推转物镜,认为这样比较省力,但这样容易使物镜的光轴发生偏斜,原因是转换器的材料质地较软,精度较高,螺纹受力不均匀很容易松脱。一旦螺纹破坏,整个转换器就会报废。教师应指导学生手握转换器的下层转动扳转换物镜。五、光学玻璃清洗的问题光学玻璃用于仪器的镜头、棱镜、镜片等。在制造和使用中容易沾上油污、水湿性污物、指纹等,影响成像及透光率。清洗光学玻璃,应根据污垢的特点、不同结构,选用不同的清洗剂,使用不同的清洗工具,选用不同的清洗方法。清洗镀有增透膜的镜头,如照相机、幻灯机、显微镜的镜头,可用20%左右的酒精和80%左右的一种有机物,结构式为C2H5OC2H5的配置清洗剂进行清洗。清洗时应用软毛刷或棉球沾有少量清洗剂,从镜头中心向外做圆运动。切忌把这类镜头浸泡在清洗剂中清洗,清洗镜头时不要用力擦拭,否则会损伤增透膜,损坏镜头。清洗棱镜、平面镜的方法,可依照清洗镜头的方法进行。
  • 引领显微光学技术革命-奥林巴斯推出光学数码显微镜
    2012年1月11日,奥林巴斯在全球同步推出了引领显微光学技术革命的DSX系列光学数码显微镜。奥林巴斯以高端的光学技术著称,而且数码技术也是屈指可数的。现在,利用两项卓越技术的完美融合,我们创造出了新型的光电数字显微镜,使我们在工业显微镜领域取得了巨大的领先。只有奥林巴斯的显微镜才能够使任何使用者满怀信心的进行操作,同时实现高清晰度的视频显示并且实现超高精确度的测量,这些方面我们都走在时代的前沿,并将引领工业显微镜行业的新标准。 &rlm DSX系列光学数码显微镜,是一个全新的产品。通过先进的光学数码技术颠覆了传统显微镜的定义,从以下几个方面,DSX 系列为用户在检测效率上提供了很大的帮助。&rlm 1. 操作的舒适性 ‣ DSX 是由显微镜、数码相机及软件组成的一个整体系统。 它能够实现前所未有的简单操作性和便捷性。 ‣ DSX 能够为客户实现最佳的观察方案。 &rlm 2. 更高的可靠性 ‣ DSX 将先进的光学技术与可靠的测量方法完美的整合成在一起。 ‣ DSX 能够为客户改善可靠性提高帮助有关DSX光学数码显微镜的详细信息,请访问DSX光学数码显微镜专用网址:http://www.olympus-ims.com/zh/microscope/opto-digital/奥林巴斯仪器信息网网址: http://olympus.instrument.com.cn2012年2月-3月,奥林巴斯(中国)有限公司将会陆续在上海、成都、广州、北京等城市举办大型新产品发布会,届时欢迎业内人士和媒体朋友莅临指导!活动联系:胡翠兰 奥林巴斯(中国)有限公司电话:(86)21-51706110 传真:(86)21-51706236地址:上海市徐汇区淮海中路1010号嘉华中心10F 邮编:200031E-mail:cuilan_hu@olympus.com.cn
  • 电镜厂商泰思肯进军光学显微镜市场
    泰思肯(TESCAN) 位于欧洲电子光学研发和制造基地捷克布尔诺市,主要研发和生产扫描电子显微镜,其前身是世界电子光学设备制造的领航者TESLA,有超过60年电子显微镜的研发制造历史。  一直以来,泰思肯在电子显微镜领域深耕细作,然而就在不久前,泰思肯推出了一台全息显微镜Q-Phase,开始进军光学显微镜市场。目前这款产品已在中国上市。为何泰思肯会选择推出光学显微镜产品,这款产品又有着怎样的特点和竞争优势呢?仪器信息网编辑采访了泰思肯的相关负责人。  Instrument:作为一家电镜厂商,泰思肯为何选择推出光学显微镜产品?  泰思肯:TESCAN Brno在欧洲一直是一个开放性实验室,与很多大学和科研院所保持紧密的合作。捷克的布尔诺技术大学的Radim Chmelí k教授团队一直从事全息显微镜的研究,并且在2011年之后,就进入TESCAN接续进行研发。由于双方有非常好的合作关系,并共同申请了专利。TESCAN本身也具有极强的研发和制造能力,于是成功的将全息显微镜进行了商品化。  Instrument:新推出的Q-Phase全息显微镜有什么样的特点?  泰思肯:Q-Phase利用全息干涉法以及相干门控技术,具备多种成像模式,有定量相位成像、荧光成像、模拟DIC成像和明场成像。其中定量相位成像可以提供式样的立体形态、以及细胞干重的定量信息,细胞干重精确度可到pg/um2。  此外,Q-Phase还可以选配恒温箱等附件,可以对显微镜环境(如温度、湿度、气氛等)进行精确控制,可根据用户需要,进行细胞的培养或处理,同时实时观测。  Instrument:与同类产品相比,Q-Phase有哪些技术优势?  泰思肯:和目前已有的常规技术相比,Q-Phase具有众多优势:首先,不需要进行染色处理;其次,Q-Phase所需要的光强要比一般的全息显微镜低7个数量级,对样品的损伤更小,有利于长期观察;再次,可以做到细胞干重的定量测试;然后,Q-phase具有更好的空间分辨率,没有图像失真、渐晕、伪影等;还有,Q-phase具有超出同类方法很多的扫描速度,非常适合做原位观察。  另外,Q-Phase可以在散射介质中对细胞进行直接的观察,而且依然有非常优秀的衬度。这在传统的相衬技术中是难以实现的。  Instrument:Q-Phase全息显微镜适用于哪些应用领域?  泰思肯:Q-Phase主要用于生物与生物成像领域,以及活细胞的动态成像观察。比如:细胞的分裂和繁殖、干重测试、细胞运动、生命周期的观察;癌细胞的研究,药物的测试、组织切片等领域。
  • 2014年全球显微镜市场达40.658亿美元
    根据MarketsandMarkets最新发布的市场报告显示:2014年全球显微镜市场为40.658亿美元,到2019年将增长到57.56亿美元,年均复合增长率为7.2%。  随着全球对于纳米技术的关注,政府和企业资金的良好支持,以及技术进步,如高分辨率显微镜、高通量技术和数字化显微镜等都在推动显微镜市场的增长。然而,高端显微镜昂贵的价格、美国政府征收的消费税,以及医疗器械沉重的关税都阻碍着这一市场的增长。  按照产品类别来分,显微镜市场分为光学显微镜、共聚焦显微镜、电子显微镜和扫描探针显微镜。光学显微镜进一步划分为荧光显微镜(FM)和超分辨率显微镜。荧光显微镜分为全内反射荧光显微镜(TIRF)、荧光共振能量转移显微镜(FRET)、荧光漂白后恢复显微镜(FRAP)、以及荧光寿命成像显微镜(FLIM)。  超分辨显微镜分为随机光学重建显微镜(STORM)、结构化照明显微镜(SIM)、受激发射损耗显微镜(STED)、相干反斯托克斯拉曼散射显微镜(CARS)、光活化定位显微镜(PALM)和可逆饱和光荧光转移显微镜(RESOLFT)。共聚焦显微镜包括多光子显微镜和旋转盘共聚焦显微镜。  电子显微镜分为扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。  扫描探针显微镜(SPM)则分为扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM),以及近场光学显微镜(NSOM)。2014年,光学显微镜占全球显微镜市场最大的份额,达到39.5%。  显微镜的应用市场分为半导体、生命科学、纳米技术和材料科学。其中纳米技术是增长最快的应用市场。根据终端用户划分,显微镜市场分为学术机构、生产制造和其他(政府研究机构和私营实验室),其中学术机构是占市场份额最大的终端用户。  根据区域划分,显微镜市场分为北美、欧洲、亚太和其他地区(RoW)。其他地区包括巴西、阿根廷、墨西哥和其他拉美地区。2014年,北美地区的显微镜市场份额最大,其次是欧洲。预计未来5年,这两个市场的增长率都为低个位数。  然而,亚太区预计将保持较高的增长率,因为这一区域有着巨大的投资机遇。亚太区显微镜市场的增长将来自于中国、澳大利亚,以及中东地区的国家。(编译:秦丽娟)
  • 十月非光学显微镜中标盘点出炉
    据不完全统计,10月份中国政府采购网上与扫描电镜、透射电镜、扫描探针、电子显微镜和能谱仪中标相关的词条有31条,其中可统计到的非光学显微镜中标24套,中标金额超1.7亿。科研院所是10月份非光学显微镜采购的主力军,金额超过10月份非光学显微镜总金额的50%;10月份非光学显微镜进口率100%,FEI表现突出。详细情况如下:从非光学显微镜的采购单位看10月采购非光学显微镜的单位共有17家,高校最多,有10家,其次是科研院所,共7家,医疗机构和其他机构各1家。各类型采购单位的数量各采购单位金额占比 从数量和金额两个方面综合来考虑,科研院所仍旧是10月份非光学显微镜的采购主力,5家科研院所共采购5套仪器,中标金额共计9672.9768万元,约占10月份非光学显微镜市场总额的54%。单台最高出自科研院所,北京生命科学研究所以7379.2万元的价格购得FEI Krios G4冷冻电子显微镜及制样环境配套系统一套。高校共采购仪器17套,中标金额总计7628.434179万元,约占10月份非光学显微镜市场总额的43%,其他采购单位金额较小。从非光学显微镜的中标品牌看10月份能统计到品牌的中标仪器有24套,从数量上来说。赛默飞中标仪器的数量最多,共10套,其次是日立,4套,飞纳为3套。各品牌中标仪器数量各品牌中标金额占比 从中标仪器的金额上看,FEI在10月份所占市场份额最高,以9932.7万元的金额占据了10月份约55%的市场份额,除上述“单台最高”出自FEI外,单台第二也同样出自FEI,北京科技大学以2553.5万元的价格采购一套FEI Thermoscientific Spectra 300 双球差校正透射电子显微镜一套。其次是赛默飞,总中标金额为5877.4026万元,约占33%。 众做周知,FEI已于几年前被赛默飞收购,这就相当于赛默飞世尔公司的产品占据了10月份非光学显微镜88%市场份额,是10月份当之无愧的第一名。中标仪器产地金额占比 从中标仪器的产地看,10月份可统计的中标的非光学显微镜100%为进口仪器,总金额为17888.31098万元。从非光学显微镜的中标类型看10月份成交数量最多的非光学显微镜类型是扫描电镜,共成交15套,;其次是能谱仪和透射电镜,数量分别为4套、3套。各类型非光学显微镜中标数量各类型非光学显微镜中标金额占比 从中标金额上看,10月份中标金额最多的是非光学显微镜类型是电子显微镜,可统计总金额为7489万元,约占10月份非光学显微镜总金额的42%;中标金额占比第二的是透射电镜,总金额为5319.668万元,约占总额的30%。
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