La emisión de luz de una unión STM con un plasmón de Fabry-Pérot tipNanolight (plasmón de superficie localizado) se excita en la unión STM por los electrones tunelizados (e-). La luz emitida (hv) muestra un espectro modulado resultante de una interferencia de Fabry-Pérot del polaritón del plasmón de superficie de propagación en el eje. Crédito:Takashi Kumagai
La manipulación de la luz a nanoescala en las uniones de microscopio de efecto túnel se logra mediante la nanofabricación de puntas de oro utilizando una técnica de haz de iones enfocado. Investigadores del Instituto Fritz-Haber, Berlina, Alemania, demostraron que un espectro de nanoluz en una unión plasmónica a nanoescala se puede modular con puntas de Fabry-Pérot plasmónicas. El control preciso de la nano luz es de importancia clave para la obtención de imágenes a nanoescala y la espectroscopia para investigar la estructura, dinámica, y las propiedades optoelectrónicas de nanomateriales y moléculas individuales.
La resolución espacial de la microscopía óptica y la espectroscopía está determinada por la cantidad de luz que se puede confinar en el espacio, que generalmente está restringido a aproximadamente medio micrómetro en el mejor de los casos debido al límite de difracción. Sin embargo, la luz se puede confinar a una escala nanométrica mediante el uso de nanoestructuras metálicas mediante la excitación de la resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR). Tener tal nanoluz en una punta metálica afilada es particularmente útil porque se puede usar en el escaneo de luminiscencia de tunelización (STL) y microscopía óptica de campo cercano de escaneo de tipo dispersión (s-SNOM) que realiza imágenes a nanoescala y espectroscopía para observar nanomateriales e incluso moléculas. Sin embargo, La manipulación precisa de nanoluz en la unión a nanoescala sigue siendo un problema pendiente. Debido a que la naturaleza del nanolight (LSPR) está determinada por la estructura nanoscópica de la punta, su manipulación requiere una fina técnica de procesamiento a nanoescala. Además, nanolight confinado en nanocavidades es de importancia clave debido al fuerte efecto de mejora de un campo electromagnético, que permite la obtención de imágenes y espectroscopía a nanoescala ultrasensibles.
Un equipo de investigación del Instituto Fritz-Haber de Berlín, encabezada por el Dr. Takashi Kumagai, ahora demostró que la manipulación del espectro de nanoluz se puede lograr dando forma a puntas de oro plasmónicas con precisión con una técnica de fresado de haz de iones enfocados (FIB). Como demostración ejemplar, produjeron una punta muy afilada con una sola ranura en su eje, como se muestra en la imagen del microscopio electrónico de barrido. La respuesta espectral de nanolight confinada en la nanocavidad formada por la punta ranurada y una superficie plateada atómicamente plana se investigó utilizando STL, es decir, la combinación de espectroscopias electrónicas y ópticas utilizando microscopía de túnel de barrido. Los espectros STML con puntas ranuradas exhiben una modulación característica resultante de la interferencia de tipo Fabry-Pérot de polaritones de plasmón de superficie (SPP) en el eje de la punta a medida que se visualiza la formación de ondas estacionarias en la simulación electrodinámica.
Resultados experimentales y simulación:(a) Imágenes SEM de una punta FIB dorada. Se hace una sola ranura a una distancia (L) del vértice. (B) Esquema de la medición de STL. La emisión de luz (hv) ocurre a través de la excitación de LSPR en la unión por los electrones tunelizados (e -). (C) Espectros STL obtenidos por puntas FIB. Se observa modulación espectral para las puntas con un surco y el período de oscilación depende de la distancia del surco. (D) Simulaciones electrodinámicas de mapeo de campo eléctrico bidimensional para la punta FIB con un surco. La formación permanente de SPP se produce en el eje de la punta. Crédito:Takashi Kumagai
La modulación espectral se puede controlar con precisión mediante la posición de la ranura en el eje. También demostraron que la interferencia SPP Fabry-Pérot se puede mejorar optimizando la forma general de la punta.
Este trabajo muestra un gran potencial de la combinación de técnicas de sondas de barrido y nanofabricación de puntas plasmónicas utilizando FIB para estudiar la naturaleza de las interacciones entre nanoluz y luz-materia en nanocavidades. que son una frontera importante de plasmónicos y nanoópticos. Además, las puntas plasmónicas fabricadas con FIB son generalmente aplicables a las técnicas s-SNOM, Allanando así el camino para la obtención de imágenes a nanoescala y la espectroscopia con un alto grado de precisión. Es más, El control espectral del campo cercano intenso en el vértice de las puntas plasmónicas puede abrir nuevas oportunidades para la realización de fuentes puntuales de electrones disparadas por láser coherentes para técnicas de microscopía electrónica y holografía de baja energía.
