將光學(xué)顯微鏡帶到盡可能短的長(zhǎng)度和時(shí)間尺度，一直是長(zhǎng)期追求的目標(biāo)之一，從而將納米基本動(dòng)力學(xué)與凝聚態(tài)物質(zhì)的宏觀功能聯(lián)系起來(lái)。
超分辨率顯微鏡，通過(guò)利用光學(xué)非線性繞過(guò)了遠(yuǎn)場(chǎng)衍射極限。通過(guò)利用與針尖限制的漸逝光場(chǎng)線性相互作用，近場(chǎng)顯微鏡已經(jīng)達(dá)到了更高的分辨率，通過(guò)探索運(yùn)動(dòng)中的納米宇宙nanocosm，激發(fā)了研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。然而，納米級(jí)頂點(diǎn)的有限半徑阻礙了獲得原子級(jí)分辨率。
近日，德國(guó) 雷根斯堡大學(xué)(University of Regensburg)T. Siday, J. Hayes, F. Schiegl，J. Wilhelm, M. A. Huber, Y. A. Gerasimenko & R. Huber等，在Nature上發(fā)文，利用限制消逝場(chǎng)中的原子非線性，以推動(dòng)全光學(xué)顯微鏡達(dá)到皮米空間和飛秒時(shí)間分辨率。
All-optical subcycle microscopy on atomic length scales. 原子長(zhǎng)度尺度上，全光學(xué)亞循環(huán)顯微學(xué)。
圖1: 原子級(jí)針尖的近場(chǎng)響應(yīng)-樣品分離。
圖2: 基于隧道電流，光波驅(qū)動(dòng)發(fā)射的皮米衰減。
圖3: 光波驅(qū)動(dòng)的隧道電流產(chǎn)生了太赫茲輻射的微觀圖像。
圖4: 近場(chǎng)光隧穿發(fā)射near-field optical tunnelling emission，NOTE顯微鏡的空間分辨率。
圖5: 二維材料硒化鎢WSe2的亞循環(huán)近場(chǎng)光隧穿發(fā)射NOTE光譜。
在這些尺度上，發(fā)現(xiàn)了一種有效的非經(jīng)典近場(chǎng)響應(yīng)，并與光的矢量勢(shì)同相，并嚴(yán)格限制在原子尺度內(nèi)。該超快信號(hào)的特征在于，大約π/2光學(xué)相位延遲，并且便于隧道動(dòng)力學(xué)的直接監(jiān)測(cè)。在原子力顯微鏡中，納米尺寸缺陷進(jìn)行成像，以及半導(dǎo)體范德華材料上的電流瞬態(tài)進(jìn)行亞周期采樣，展示了這種全光概念的力量。在導(dǎo)電和絕緣量子材料中，在最終短時(shí)空尺度上，開啟研究量子光-物質(zhì)相互作用和電子動(dòng)力學(xué)。
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