Het manipuleren van licht op nanoschaal in scanning tunneling microscoopjuncties wordt bereikt door nanofabricage van gouden tips met behulp van een gefocusseerde ionenbundeltechniek. Onderzoekers van het Fritz-Haber Instituut, Berlijn, Duitsland, toonde aan dat een spectrum van nanolicht in een plasmonische junctie op nanoschaal kan worden gemoduleerd met plasmonische Fabry-Pérot-tips. Nauwkeurige controle van nanolicht is van cruciaal belang voor beeldvorming en spectroscopie op nanoschaal om structuur, dynamiek, en de opto-elektronische eigenschappen van nanomaterialen en afzonderlijke moleculen.

Ruimtelijke resolutie van optische microscopie en spectroscopie wordt bepaald door hoeveel men licht in de ruimte kan beperken, die gewoonlijk beperkt is tot ongeveer een halve micrometer vanwege de diffractielimiet. Echter, licht kan worden beperkt tot nanometerschaal door metalen nanostructuren te gebruiken door excitatie van gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonantie (LSPR). Het hebben van dergelijk nanolicht op een scherpe metalen punt is bijzonder nuttig omdat het kan worden gebruikt bij scanning tunneling luminescentie (STL) en verstrooiing-type scanning near-field optische microscopie (s-SNOM) voor het uitvoeren van beeldvorming en spectroscopie op nanoschaal om nanomaterialen en zelfs enkelvoudige moleculen. Echter, nauwkeurige manipulatie van nanolicht in knooppunten op nanoschaal is een groot probleem gebleven. Omdat de aard van nanolight (LSPR) wordt bepaald door de nanoscopische structuur van de tip, de manipulatie ervan vereist een fijne verwerkingstechniek op nanoschaal. In aanvulling, nanolicht opgesloten in nanoholtes is van cruciaal belang vanwege het sterke versterkende effect van een elektromagnetisch veld, die ultragevoelige beeldvorming en spectroscopie op nanoschaal mogelijk maakt.

Een onderzoeksteam van het Fritz-Haber Instituut in Berlijn, onder leiding van Dr. Takashi Kumagai, nu aangetoond dat manipulatie van het nanolichtspectrum kan worden bereikt door nauwkeurig plasmonische gouden tips te vormen met een gefocusseerde ionenstraal (FIB) freestechniek. Als voorbeeldige demonstratie ze produceerden een zeer scherpe punt met een enkele groef op de schacht, zoals te zien is op de afbeelding van de rasterelektronenmicroscoop. De spectrale respons van nanolicht opgesloten in de nanoholte gevormd door de gegroefde punt en een atomair vlak zilveroppervlak werd onderzocht met behulp van STL, dat wil zeggen, de combinatie van elektronische en optische spectroscopieën met behulp van scanning tunneling microscopie. De STML-spectra met de gegroefde uiteinden vertonen een karakteristieke modulatie die het gevolg is van interferentie van het Fabry-Pérot-type van oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP's) op de tipschacht terwijl de staande golfvorming wordt gevisualiseerd in de elektrodynamische simulatie.

De spectrale modulatie kan nauwkeurig worden geregeld door de groefpositie op de as. Ze toonden ook aan dat de SPP Fabry-Pérot-interferentie kan worden verbeterd door de algehele puntvorm te optimaliseren.

Dit werk toont een groot potentieel van de combinatie van scanning-sondetechnieken en nanofabricage van plasmonische tips met behulp van FIB om de aard van nanolicht en licht-materie-interacties in nanoholten te bestuderen, die een belangrijke grens vormen op het gebied van plasmonica en nano-optica. In aanvulling, de FIB-gefabriceerde plasmonische tips zijn algemeen toepasbaar op s-SNOM-technieken, daarmee de weg vrijmakend voor beeldvorming en spectroscopie op nanoschaal met een hoge mate van nauwkeurigheid. Bovendien, spectrale controle van het intense nabije veld aan de top van plasmonische tips kan nieuwe kansen bieden voor de realisatie van coherente laser-getriggerde elektronenpuntbronnen voor laag-energetische elektronenmicroscopie en holografietechnieken.