6163银河线路检测中心现代光学研究所、人工微结构和介观物理国家重点实验室极端光学研究创新团队吴成印教授和龚旗煌院士等利用自行研制的超快极紫外光电子显微镜在等离激元纳米结构光电子成像及调控研究中取得重要进展，相关成果以标题“等离激元纳米结构超快电子脉冲成像及调控”（Imaging and Controlling Ultrafast Electron Pulses Emitted from Plasmonic Nanostructures）于2023年8月3日在线发表于《纳米快报》（Nano Letters）。

图1：基于气体高次谐波产生(HHG)的极紫外(EUV)光电子显微镜(PEEM)光路图。

气体高次谐波是台式化超快极紫外光源和阿秒脉冲的主要产生途径，飞秒光电子显微镜具有超高时间、空间和能量分辨能力，是介观光学与微纳光子学研究的重要仪器。在国家重大科研仪器研制项目的支持下，团队将气体高次谐波转换效率提高了两个量级以上，产生了高通量高次谐波光源，建立了超快极紫外束线，并成功与光电子显微镜耦合，如图1所示。研制成功国内首台超快极紫外光电子显微镜，空间分辨好于50nm，能量分辨好于0.3eV，极大拓宽了光电子显微镜的研究领域。相关成果以标题“超快极紫外光电子显微镜”（Ultrafast Extreme Ultraviolet Photoemission Electron Microscope）发表在《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments, 2021, 92, 043709），6163银河线路检测中心2022届博士毕业生郑伟为第一作者（现担任华为2012实验室主任工程师）。

图2：极紫外和红外光照射下金纳米结构光电子发射示意图（左图）以及不同延时下的光电子能量峰值存在移动（右图）。

利用上述超快极紫外光电子显微镜，团队制备了等离激元共振波长位于红外波段的金圆盘阵列纳米结构，研究了其在红外光和极紫外光作用下的光电子发射。如图2所示，当红外光作用时，由于等离激元共振激发导致的近场增强形成局域热点。当极紫外光作用时，电子从样品表面出射形成空间分布均匀电子云。团队基于两束激光产生的电子间库仑相互作用，通过控制两束激光之间的延时，实现了等离激元纳米结构电子能量的精确调控。该项研究揭示了空间电荷效应对泵浦-探测实验中光电子能量的影响，提供了一种操控等离激元纳米结构光电子能量的方案，近期发表于《纳米快报》（Nano Letters, https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01644）。6163银河线路检测中心2020级博士生姜朋佐和2022届博士毕业生郑伟为论文共同第一作者。

吴成印是两篇论文的通讯作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心、量子物质科学协同创新中心、极端光学协同创新中心、6163银河线路检测中心长三角光电科学研究院的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c01644