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微纳光子学领域未来展望
栏目:行业资讯 发布时间:2020-08-21

对于优秀的▓科研工编辑来说,梦想是□□获得卓越成果的▓催化剂和最好的▓引路人。在微纳光子学领域,人们希翼能像近代和现代的▓科学家在微电子学领域成功地操控电子那样来操控光子,从而实现具有电控光或者光控光功能的▓新型微纳光电器件。尽管对照微电子学的▓发展路线来实现微纳光子学是□□一种有益的▓尝试,但是□□由于光子与电子的▓基本特性不同,使得微纳光电器件的▓设计和集成原则可能也与现在的▓集成电路有着很大的▓区别。同时,由于在传统半导体工艺中缺少对微纳尺度下各种光物理过程的▓更为直观的▓研究方法,仅利用游戏娱乐网站 (AFM) 、扫描电子显微镜 (SEM) 、透射电子显微镜 (TEM) 、 X 射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱 (XPS) 等形貌、结构及成分分析的▓表征手段,难以对微纳光电器件的▓内在物理过程进行更为细致的▓研究。渐渐地,这么一个梦想又在微纳光子学领域表现出来,即随着现今生活中不可缺少的▓各种功能器件单元的▓尺寸越来越小,性能越来越强,如果大家能对这些微小的▓光电器件中的▓各种关键的▓光物理过程进行实时的▓观测,分析它们受到的▓外界条件的▓影响,那么或许大家就能为进一步优化微纳光电器件的▓性能提供更为可靠的▓设计方案。

而在另一个前沿交叉领域,即对从小分子到各种纳米材料及其复合结构的▓光物理过程的▓研究中,超快光谱一直扮演着重要的▓角色。现代时间分辨光谱学开始于对化学键的▓认识和研究,尤其是□□对化学键的▓形成及断裂过程的▓研究。这些化学反应过程大都在亚皮秒量级 (1 ps等于 10- 12 s),远远超越了人眼的▓时间分辨能力 (大约只有 1 s),也超过了电学设备的▓时间分辨极限 (皮秒量级 )。所以在 20 世纪初,直接观测化学反应的▓基本过程还仅仅是□□化学家的▓梦想。而超短脉冲激光器的▓出现使得精确测量化学反应过渡态的▓梦想在 20 世纪末成为了现实。其中最著名的▓成就就是□□ 1987 年Ahmed Zewail 教授对化学键断裂的▓实时观测,他也因此于 1999 年获得诺贝尔化学奖 。借助于飞秒激光器的▓帮助,目前超快时间分辨光谱 (或简称超快光谱 )技术的▓时间分辨能力大都在飞秒 (1 fs等于 10- 15 s)到亚皮秒量级。恰巧的▓是□□,这些在光化学和光生物学中大量存在的▓涉及电荷转移和能量传递的▓过程 (在亚皮秒到纳秒量级的▓时间范围内)现在也正逐渐成为光电子学领域中的▓重要研究内容之一 。当微纳光子学遇到超快光谱时,物理空间的▓分辨尺度便与光物理过程的▓时间分辨尺度相结合。

面对形形色色的▓荧光纳米材料,不仅传统的▓ AFM ,TEM,SEM 等表征手段只能观察到粒子的▓形貌,而且一般的▓超快光谱技术也仅能反映材料的▓某种物理特性随 时 间 变 化 的▓ 系 综 平 均 效果。此外,还不同于单纯研究的▓纳米材料,当这些新型光电功能材料作为微纳光电器件单元出现时,它们之间的▓光—电 /电—光转换及其光互联过程的▓机理研究也对超快光谱的▓空间定位能力提出了更高的▓要求。那么,有没有这样一种既 具 有 极 高 的▓ 空 间 分 辨 能力,又有足够的▓时间分辨能力的▓先进仪器呢?这在上个世纪,最初也只是□□某个人心中的▓一个梦想。然而,很快地,他将这个梦想以基于透射电子显微镜的▓同步单电子成像的▓形式实现了。这个人正是□□前面提到过的▓“飞秒化学之父” ——Ahmed Zewail 教授。确实,受到Ahmed Zewail 教授工作的▓激励,其他形式的▓高空间分辨的▓四维时间分辨光谱也逐渐建立起来,大大扩展了大家对原子尺度下结构导致的▓各种物理现象的▓认识。例如,通过结合扫描隧穿显微镜(STM) 和对自旋敏感的▓全电学泵浦—探测构架,就能够对单个原子的▓电子自旋弛豫进行纳秒尺度的▓时间分辨测量 。从这些卓越的▓工作成果中可以看到,如果能将四维时间分辨光谱技术从飞秒化学关注的▓领域引入到微纳光子学中,即便没有电子显微镜抹埱么强大的▓空间分辨能力,也将极大的▓丰富大家探索微纳尺度下物理规律时获得的▓常识和成果。超快光谱和微纳光子学之间擦出的▓火花才刚刚绽放。在这个前沿交叉领域,各种思想的▓碰撞描绘出了广阔的▓应用前景。大家相信现代的▓四维显微系统及其各种变化形式将在探索新现象和获取新常识的▓道路上发挥独特的▓作用 。这些寄语仍然激励着在各个科研前沿领域追寻着各自梦想的▓科研工编辑们。追寻梦想的▓过程漫长又艰辛,但是□□心怀梦想的▓大家从未停止探索的▓脚步,希望通过自身的▓努力,一步一个脚印地解决前进中的▓问题以实现自己的▓梦想。

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