中國科大在近場螢光成像領域取得重要進展
2020年08月12日09:29

記者11日從中國科學技術大學獲悉,該校科研人員在近場螢光成像領域取得重要進展——在世界上首次實現了亞分子分辨的單分子光致螢光成像。

該成果8月10日在線發表於國際知名學術期刊《自然·光子學》上。

中國科學技術大學侯建國院士團隊的董振超研究小組,近日將成像空間解像度大幅提升,推進至~8?的亞納米分辨水平,為在原子尺度上展顯物質結構、揭示光與物質相互作用本質提供了新的技術手段。

用光實現原子尺度空間分辨一直是納米光學領域追求的終極目標之一,儘管這一目標由於衍射極限的製約曾被認為是遙不可及的。掃瞄近場光學顯微鏡(SNOM)的出現點燃了實現這一目標的希望,空間解像度的極限不再受製於衍射極限,而是取決於實現探針下光場空間局域化的能力。從原理上而言,金屬等離激元納米天線是實現光場極限限域最可能的途徑。

2013年,該團隊首次展示了亞納米分辨的單分子拉曼成像。但螢光發射與拉曼散射過程不同,如何巧妙調控探針尖端的結構和納腔中分子的電子態便成為克服螢光淬滅、實現高分辨光致螢光成像的關鍵。

針對以上挑戰,該團隊通過精緻的針尖修飾方法在探針尖端構築了一個原子尺度的銀團簇突起結構等方法,成功實現了亞納米分辨的單分子光致發光成像。進一步模擬和分析表明,要達到亞納米空間分辨,探針尖端的尺寸及其與樣品之間的距離都必須在亞納米尺度上。此外,還進一步實現了亞分子分辨的具有頻譜信息的光致發光超光譜成像等。

據介紹,該研究結果實現了掃瞄近場光學顯微領域長期期待的用光解析分子內部結構的目標,為在亞納米尺度上探測和調控分子局域環境以及光與物質相互作用提供了新的技術方法,對於近場光譜學和顯微學的基礎認知與技術發展都是至關重要的。

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