“空间和时间的结合”— 纳米分辨和飞秒级别的光谱
超快光谱技术拥有诸多特色，例如的时间分辨率，丰富的光与物质的非性相互作用，可以用光子相干地调控物质的量子态，其衍生和嫁接技术带来许多凝聚态物理实验技术的变革等等。然而，受制于激发波长的限制（可见-近红外），超快光谱在空间分辨上受到了一定的制约，在对一些微纳尺寸结构的材料研究中，诸如一维半导体纳米线，二维拓扑材料、纳米相变材料等，无法精准地进行有效的超快光谱分析。
Neaspec公司利用十数年在近场及纳米红外领域的技术积累，开发出了全新的纳米空间分辨超快光谱和成像系统，其pump激发光可兼容可见到近红外的多组激光器，probe探测光可选红外（650-2200 cm-1）或太赫兹（0.5-2 T）波段，实现了在超高空间分辨（20 nm）和超高时间分辨（50 fs）上对被测物质的同时表征。
将光谱从一维的空间分辨推广二维的时间分辨，将对微纳领域的电子激发、声子极化、光电响应等的研究起到巨大的推动作用。#
应用领域 ◎ 二维材料 ◎ 半导体 ◎ 纳米线/纳米颗粒 ◎ 高分子/生物材料 ◎ 矿物质 ◎ ...... | 应用方向 ◎ 二维材料极化过程 ◎ 能带信息 ◎ 等离激元 ◎ 电子激发衰减 ◎ 半导体载流子过程 ◎ ...... |
设备特点和参数：
◆ 超高空间分辨和时间分辨同时实现；
◆ 20-50 nm空间分辨率；
◆ 根据pump光源时间分辨可达50 fs；
◆ probe光谱可选红外（650-2200 cm-1）或太赫兹（0.5-2 T）
技术原理：
■ 纳米空间分辨超快光谱和成像系统在范德瓦尔斯半导体研究中的应用
近年来，范德瓦尔斯（vdW）材料中的表面极化激元(SP)研究，例如等离极化激元、声子极化激元、激子极化激元以及其他形式极化激元等，受到了广大科研工作者的关注，成为了低维材料领域纳米光学研究的热点。其中，范德瓦尔斯原子层状晶体存在独特的激子极化激元，可诱导可见光到太赫兹广阔电磁频谱范围内的光学波导。同时，具有较强的激子共振可以实现非热刺激（包括静电门控和光激发）的光波导调控。
2020年7月，美国哥伦比亚大学Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上发表了题为：”Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦尔斯半导体中的WSe2材料为例，利用德国neaspec公司的纳米空间分辨超快光谱和成像系统，通过飞秒激光激发研究了WSe2材料中光波导在空间和时间中的电场分布，并成功提取了飞秒光激发后光学常数的时间演化关系。同时，研究者也通过监视波导模式的相速度，探测了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光学斯塔克（Stark）位移。
参考文献：
[1]. Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications , 11, 3567 (2020)
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■ 纳米红外超快光谱
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分辨率为10nm的InAs纳米线红外成像，并结合时间分辨超快光谱分析载流子衰减层的形成过程
参考文献：M. Eisele et al., Ultrafast multi-terahertz nano-spectroscopy with sub-cycle temporal resolution, Nature Phot. (2014) 8, 841.
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稳态开关灵敏性：容易发生相变的区域，光诱导散射响应较大
参考文献：M. A. Huber et al., Ultrafast mid-infrared nanoscopy of strained vanadium dioxide nanobeams, Nano Lett. 2016, 16, 1421.
参考文献：G. X. Ni et al., Ultrafast optical switching of infrared plasmon polaritons in high-mobility graphene, Nature Phot. (2016) 10, 244.
参考文献：Mrejen et al., Ultrafast nonlocal collective dynamics of Kane plasmon-polaritons in a narrow- gap semiconductor, Sci. Adv. (2019), 5, 9618.
■ 范德华材料 WSe2 中的超快研究
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参考文献：Mrejen et al., Transient exciton-polariton dynamics in WSe2 by ultrafast near-field imaging, Sci. Adv. (2019), 5, 9618.
■ 黑磷中的近红外超快激发
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黑磷的high-contrast interband性质使其具有半导体性质，在光诱导重组过程中表面激发的电子空隙对（electron-hole pairs）∼50fs并在5ps内消失
参考文献：M. A. Huber et al.,Femtosecond photo-switching of interface polaritons in black phosphorus heterostructures, Nat. Nanotechnology. (2016), 5, 9618.
■ 多层石墨烯中等离子效应衰减效应
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参考文献：M. Wagner et al., Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump−Probe Nanoscopy, Nano Lett. 2014, 14, 894.
