背景

Adi Salomon 教授的實驗室主要致力于了解納米級分子與光的相互作用，并構(gòu)建利用光傳感分子的設備。該小組設計并制造了金屬納米結(jié)構(gòu)，并利用它們通過與表面等離子體激元的相互作用來影響納米級的光。這些等離子體裝置根據(jù)納米粒子的尺寸、形狀和排列以及光的能量，將光增強并聚焦到深亞波長體積中。靠近這些熱點的分子可以經(jīng)歷強烈的相互作用，從而改變其物理特性并增加信號響應，例如在表面增強拉曼散射中。

實驗室的一個項目研究了金屬表面三角形納米空腔的光傳輸?shù)念伾蛷姸取Ｍㄟ^改變兩個腔體之間的距離或控制入射場(光)的偏振態(tài)，可以精確控制光的顏色。所羅門實驗室使用金屬薄膜中銑削的不同組腔來研究分子過渡態(tài)和等離子體模式之間的混合模式，以改變相互作用強度。

使用等離激元結(jié)構(gòu)，所羅門實驗室還利用等離激元結(jié)構(gòu)進行實驗來控制光的二次諧波產(chǎn)生(SHG)。SHG 非常適合探測表面上的分子薄層以及表面上發(fā)生的分子事件。由于二次諧波的發(fā)生必須打破反演對稱性，因此觀察到的信號來自金屬表面，而不受基材主體的干擾。

挑戰(zhàn)

所羅門實驗室使用各種光譜方法來表征納米結(jié)構(gòu)，例如陰極發(fā)光、透射和反射光譜。光譜學提供有關電場熱點位置、共振位置以及由于光偏振和設備設計變化而產(chǎn)生的變化的信息。然而，重要的是收集這些數(shù)據(jù)作為具有足夠空間分辨率的位置的函數(shù)。光譜信號可以通過掃描表面上的每個點來獲得，但速度相當慢且效率低。因此，所羅門實驗室正在使用透射光譜的光譜成像方法，其中跨等離子體結(jié)構(gòu)的樣品區(qū)域被投影到光譜儀入口狹縫上。

光譜分辨率也是一個重要的考慮因素，特別是在考慮分子光譜時。雖然由于表面等離子體激發(fā)的壽命短，等離子體傳輸峰具有較寬的寬度，但在觀察與分子的相互作用時，分子光譜中的精細結(jié)構(gòu)包含有關與電磁場的光譜耦合的信息。

IsoPlane 和 PIXIS 相機是我們實驗室用于表征等離子體結(jié)構(gòu)的關鍵裝置之一的一部分。IsoPlane 使我們能夠進行無像差的光譜成像，因此可以更輕松地識別等離子體表面上的熱點。

解決方案

Salomon 實驗室實施了像差校正光譜儀(IsoPlane SCT-320和PIXIS 1024 相機)在他們的光譜成像顯微鏡設置中。該系統(tǒng)旨在最大限度地減少或消除限制更傳統(tǒng)的車爾尼-特納光譜儀設計的光學像差。減少像差可提高光譜分辨率和靈敏度，并減少尖銳光譜線的失真，因為信號聚焦在焦平面中較小的區(qū)域。同時，無像差設計提高了空間分辨率，因為來自樣品上不同點的光譜在探測器上得到了更好的分辨率。使用光譜成像方法可以更精確、更快速地表征等離子體結(jié)構(gòu)中電磁場熱點的空間位置和結(jié)構(gòu)。

審核編輯 黃宇