第一纤维光纤纳米电子枪可实现更容易的纳米级成像和传感

光通过纤维移动并刺激纳米坡中的金属电子进入称为表面等离子体的集体振荡，辅助电子离开尖端。通过不同形式的材料组成和结构化，可以使这种简单的电子纳米枪更通用。

能源橡树岭国家实验室和内布拉斯大学的科学家开发了一种更简单的方法来为纳米级成像和感应产生电子，为材料科学，生物分析和基本量子研究提供了一个有用的新工具。

在新的物理学杂志上发表的研究中，研究人员报告说，通过光纤纳米纤维射击强烈的激光脉冲导致尖端发射电子，从而产生可用于探测材料的快速“电子枪”。该设备允许研究人员快速检查从任何角度的表面，这在较少的移动现有技术方面提供了巨大的优势。

“它适用于光激活的原则，所以光线进来并以正确的方式刺激金属中的电子，以便他们获得足够的能量来出来，”ornl的量子信息科学组Ali Passian说。

电子是一个可宝贵的工具，用于获得材料的表面特征。具有比光子 - 光的光子颗粒更短的波长颗粒 - 可以在纳米处的物体或米的10亿分钟，分辨率 - 指数高于光放大率。

自2000年代中期以来，研究人员使用尖锐的纳米以紧密聚焦的光束发射电子。与其他扫描电子显微镜技术相比，纳米以改善的空间和时间分辨率提供了改进的空间和时间分辨率，帮助研究人员更好地追踪纳米级的持续相互作用。在这些技术中，当光子激发尖端时，电子被排放。

然而，在本研究之前，纳米坡发射方法依赖于外部光刺激。为了产生电子，研究人员必须小心地将激光束对准纳米坡的顶点。

“此前，激光不得不追踪这项技巧，这是一种更加艰难的事情，”在内布拉斯加州领导电子控制研究的研究中，赫尔曼巴特劳兰说，赫尔曼巴特拉南说。任务限制的难度是如何拍摄图像的速度和从什么位置。

但乘客有一个不同的方法。通过柔性光纤烧制激光，从内部照亮其锥形，金属涂层的纳米皮，他预测他可以创造更容易的可动性的工具。

“这个想法是，因为这很简单且包含 - 光线从内部传播 - 您可以在不同的高度和横向位置探测材料的不同部分，”Passian表示。

为了了解他的想法是否有可能，乘客与巴特拉州和内布拉斯大学的萨姆克拉玛蒂一起组建。内布拉斯加州球队使用飞秒激光通过光纤和真空室射击超短的脉冲，并进入真空室。在腔室中，光通过镀金纤维纳米盖移动，所述镀金纤维纳米液在orn1处制造。

该团队确实观察到纳米坡的控制电子发射。分析数据，他们提出了使发射的机制不是一个简单的机制，而是包括因素的组合。

一个因素是纳米坡的形状和金属涂层产生电场，其有助于将电子推出尖端。另一个因素是，通过特定的激光波长可以增强纳米坡的顶点处的该电场。

“通过将飞秒激光调整到正确的波长，我们呼叫表面等离子体共振波长，我们发现我们得到了高度阈值排放，”Keramati说。表面等离子体共振表示金属表面上的电子的集体振荡。当电子从光子吸收足够的能量以用初始动能射出时，发生上述阈值发射。

为了验证由于光而不是热量而发出电子，该团队本身研究了纳米队。实验期间，提示在实验中持续损坏，表明排放机制确实是光线驱动的。

他们发现新技术的额外优点是激光源的快速切换容量允许它们以比纳秒快的速度控制电子发射。这将为他们提供快速捕获图像的更好方法。然后，这种图像几乎可以一起拼凑在一起，以跟踪纳米级上的复杂相互作用。

拒绝力量

对这些初步调查结果很满意，团队决定测试是否可以通过更强大的连续波激光，在日常激光指针中找到相同类型的相同结果。为了弥补激光功率缺乏，它们在纳米坡上升高了电压，产生了它们认为可以帮助驱逐电子的能量势差。它的惊喜，它的工作。

“为了我们的知识，这是从应用物理信件发表的结果发表的结果，纳米以纳米以纳米以外的电子排放量引起了最小的激光强度，”Keramati。

“现在代替拥有强大，极其昂贵的激光，您可以使用10美元的二极管激光器，”Batelaan指出。

虽然连续波激光器缺乏更强大的飞秒激光器的快速切换能力，但慢速切换提供了自身的优势;即，更好地控制纳米以纳米发射的持续时间和电子的持续时间和数量的可能性。

事实上，该团队实际上证明了通过慢速切换提供的控制提供的电子发射，以便在未来派应用于电子鬼成像所需的界限内。最近展示了光鬼映像利用光照的量子特性，以在非常低的曝光下以图像敏感样品如活生物细胞。

通过将多个光纤纳米分开捆绑在一起，团队希望在纳米级上实现电子鬼成像。

参考：

SAM Ke​​ramati，Ali Passian，Vineel Khullar，Joshua Beck，Cornelis Uitswaal和Herman Batelaan，2020年8月24日，Sam Keramati，Ali Passian，Vineelis Uitswaal和Herman Batelaan，新的物理学杂志。
10.1088 / 1367-2630 / aba85b

S. Keramati，A. Passian，V.Khullar和H. Batelaan，2020年8月10日，A. Passian，V.Khullar和H. Batelaan。
10.1063/5.0014873

ORNL的实验室指导研发计划种子资金基金支持这项工作的初步研究。内布拉斯加州大学的研究得到了不利于合作倡议补助金的支持，并由国家科学基金会在奖励号码EPS-1430519和PHY-1912504下进行支持。