Manipulering av ljus i nanoskala i skannade tunnelmikroskopövergångar uppnås genom nanotillverkning av guldspetsar med en fokuserad jonstråleteknik. Forskare vid Fritz-Haber Institute, Berlin, Tyskland, visade att ett spektrum av nanoljus i en plasmonisk korsning i nanoskala kan moduleras med plasmoniska Fabry-Pérot-spetsar. Exakt kontroll av nanoljus är av nyckelrelevans för nanoskala avbildning och spektroskopi för att undersöka struktur, dynamik, och de optoelektroniska egenskaperna hos nanomaterial och enskilda molekyler.

Rumslig upplösning av optisk mikroskopi och spektroskopi bestäms av hur mycket man kan begränsa ljus i rymden, vilket vanligtvis är begränsat till ungefär en halv mikrometer som bäst på grund av diffraktionsgränsen. Dock, ljus kan begränsas till nanometerskala genom att använda metalliska nanostrukturer genom excitation av lokaliserad ytplasmonresonans (LSPR). Att ha sådant nanoljus vid en vass metallspets är särskilt användbart eftersom det kan användas vid scanning av tunneling luminescens (STL) och scattering-typ scanning närfält optisk mikroskopi (s-SNOM) som utför nanoskala avbildning och spektroskopi för att titta på nanomaterial och till och med enskilda molekyler. Dock, exakt manipulering av nanoljus i nanoskala korsning har förblivit ett enastående problem. Eftersom nanoljusets (LSPR) natur bestäms av spetsens nanoskopiska struktur, dess manipulation kräver en fin bearbetningsteknik på nanoskala. Dessutom, nanoljus begränsat till nanokaviteter är av avgörande betydelse på grund av den starka förstärkningseffekten av ett elektromagnetiskt fält, som möjliggör ultrakänslig nanoskala avbildning och spektroskopi.

En forskargrupp vid Fritz-Haber Institute i Berlin, ledd av Dr. Takashi Kumagai, har nu visat att manipulation av nanoljusspektrum kan uppnås genom att noggrant forma plasmoniska guldspetsar med en frästeknik med fokuserad jonstråle (FIB). Som en föredömlig demonstration, de producerade en mycket skarp spets med ett enda spår på skaftet som visas i svepelektronmikroskopbilden. Det spektrala svaret av nanoljus begränsat i nanokavitet som bildas av den räfflade spetsen och en atomärt platt silveryta undersöktes med hjälp av STL - det vill säga, kombinationen av elektroniska och optiska spektroskopier med scanning tunneling mikroskopi. STML-spektra med de räfflade spetsarna uppvisar en karakteristisk modulering som är ett resultat av Fabry-Pérot-typinterferens av ytplasmonpolaritoner (SPPs) på spetsaxeln när den stående vågbildningen visualiseras i den elektrodynamiska simuleringen.

Den spektrala moduleringen kan styras exakt av spårets position på axeln. De visade också att SPP Fabry–Pérot-interferensen kan förbättras genom att optimera den övergripande spetsformen.

Detta arbete visar en stor potential av kombinationen av scanningsprobtekniker och nanotillverkning av plasmoniska spetsar med FIB för att studera naturen av nanoljus och ljus-materia-interaktioner i nanokaviteter, som är en viktig gräns för plasmonik och nanooptik. Dessutom, de FIB-tillverkade plasmoniska spetsarna är generellt tillämpliga på s-SNOM-tekniker, därmed banar väg för nanoskala avbildning och spektroskopi med en hög grad av noggrannhet. Dessutom, spektral kontroll av det intensiva närfältet vid spetsen av plasmoniska spetsar kan öppna upp nya möjligheter för förverkligandet av koherenta laserutlösta elektronpunktskällor för lågenergielektronmikroskopi och holografitekniker.