阴极荧光显微技术:亚纳米结构的观察者
【北京大学方哲宇教授团队】


        近年来,随着微纳光子学和微纳加工技术的快速发展,涌现出了众多微纳光子器件,如光子晶体光纤和表面等离激元光波导等。微纳结构凭借其独特的光局域和场增强功能,极大地提升了经典光学效应的效率和器件的性能,并且能够实现对量子光学效应的调控。但经典的光学显微探测技术由于受到光学衍射极限的限制,成像分辨率只能达到探测波长的一半,无法满足纳米尺度下量子效应的研究。为了解决这一问题,阴极荧光显微技术应运而生,它继承了电子显微镜分辨率可达纳米量级的优势,同时能够激发微纳结构并产生荧光,进而实现亚纳米尺度上的量子现象的探测。不同于光激发,电子束激发具有能量强,激发深度大,激发功率密度高等特点,为探索新现象,发现新特性提供了良好的平台。

 

Schematic overview of a CL microscope with angle-resolved function.


        北京大学方哲宇团队一直致力于微纳光子学及阴极荧光显微成像的研究,依托一系列完整的纳米加工及检测分析设备,包括电子显微镜、阴极荧光显微系统、高分辨电子束曝光系统等,开展了多项与本方向相关设备和技术的自主研发工作。目前研究团队已经利用自主研发阴极荧光显微系统研究了单个金属纳米结构的手性调控(Nano Lett 18, 567-572 (2018)),通过电子束激发七聚体金属结构的不同位置可以获得相应的手性阴极荧光信号的发射,最终实现在亚纳米尺度上的三元信息编码。同时,团队利用阴极荧光技术发现了隐藏在单一对称金属纳米结构中的手性特性(ACS Nano 12, 3908-3916 (2018)),通过电子束激发位置的变化,实现在亚纳米尺度上的阴极荧光螺旋性的主动转换。这些工作为未来亚纳米尺度下的手性光学应用提供了新思路,在量子通信、信息编码等领域具有广泛的应用。


研究团队简介

        北京大学方哲宇团队在微纳光子学研究领域围绕微纳光学器件的原理、材料及应用,开展了表面等离激元的调控、传输及探测,研究了等离激元纳米结构制备及表征、纳米尺度聚焦与波导、热电子界面掺杂及探测等内容,解决了外场主动调控等离激元光电特性、光波段金属纳米结构高损耗及高效光电探测器件小型化等关键科学问题,取得了多项创新性研究成果。2013年获全国优秀博士学位论文,2014年获国家自然科学基金委信息学部优秀青年基金,2015年入选国家万人计划青年拔尖人才,并作为负责人主持国家重大科学研究计划(973项目)课题。发表相关SCI学术论文100余篇;其中,23篇论文作为通讯或第一作者发表在Chem. Rev., Nano Lett., Adv. Mater., ACS Nano等影响因子IF>10的期刊上;11篇论文入选ESI 高被引 (<1%);相关论文SCI他引5000余次;相关工作被Science及各类Nature子刊等国际学术期刊论文引用及评述,并被多家网络媒体多次新闻报道。

相关论文

Liu Z X, Jiang M L, Hu Y L, Lin F, Shen B et al. Scanning cathodoluminescence microscopy: applications in semiconductor and metallic nanostructures. Opto-Electronic Advances 1, 180007 (2018).
DOI: 10.29026/oea.2018.180007