Three-dimensional molecular dynamics study of aperture shape effect on nanojet ejection

Three-dimensional molecular dynamics (MD) simulations of nanojet ejection with different aperture shapes are reported. The simulations use the Lennard-Jones 12-6 (LJ) potential to describe the intermolecular interaction. Using non-equilibrium MD, argon nanojet ejection is simulated under vacuum conditions. According to the analysis, different aperture shapes influence the ejection processes. The ejection speeds were 23.7 and 63.2?m/s respectively in the simulation. The speed of spurting atoms in type A nanojet was slower than the other types and it became more obvious when the process time increased. The variations in velocity, density, pressure, and temperature were found with the aid of MD. The liquid temperatures were set at 50, 100, 150, and 200?K, respectively, to examine nanojet break-up characteristics. The liquid temperature inside the nanojet was found to be a factor that induce break-up. A higher temperature led to faster nanojet break-up.     

扫描探针加工技术的新进展及扫描等离子体加工技术的研究

扫描探针加工技术作为一种无掩模微细加工手段以其所需设备简单和加工精度高达纳米量级等优点 ,近年来受到广泛的重视和研究。但目前扫描探针加工技术存在加工效率低、可重复性差、可加工材料非常有限等缺点。采用探针阵列并结合其他加工技术的并行工艺 ,可以提高加工效率 ,拓展应用范围。本文以纳米喷流加工和蘸水笔纳米加工为例介绍了扫描探针加工技术这一方面的最新进展 ,阐述了它们各自的基本原理和特点。最后 ,提出了一种基于并行探针驱动的扫描等离子体加工技术 ,结合了扫描探针加工精度高和等离子体加工适用材料广泛的优点 ,为小批量多品种微系统和纳米器件的加工探索出一种新方法。     

新型光子纳米射流器件的设计

光子纳米射流是一种高强度,极窄的亚波长电磁场区域,它是由介电微球或微柱体的Mie散射对电磁场的聚焦作用产生的。光子纳米射流广泛应用于激光加工、纳米光刻、光学高密度存储以及超分辨率显微镜。从径向偏振光的角度出发,使用一种介电圆环结构对光束进行聚焦,由于径向偏振光在焦点区域可以产生较强的纵向场,通过优化圆环的尺寸、折射率以及与物镜焦点的相对位置,可以得到超过90%光束质量的纵向光子纳米射流,而且强度相比于未使用圆环时可以提高约一个数量级,并在高折射率下可以获得半高全宽小于衍射极限尺寸的光斑,因此该结构预计可以在粒子加速、光镊以及拉曼光谱学中有所应用。     

Tunable photonic nanojet achieved using a core–shell microcylinder with nematic liquid crystal

A tunable photonic nanojet achieved using a core–shell microcylinder with nematic liquid crystal is reported. The core–shell microcylinder can be obtained by the infiltration of liquid crystal into the air core of a microcylinder. The refractive indices of the liquid crystals can be changed by rotating the directors of the liquid crystals. Therefore, we were able to control the flow direction of the photonic nanojet in two-dimensional core–shell microcylinder structures. Using high resolution finite-difference time-domain simulation, we demonstrate that the photonic nanojet can be continuously tuned in the core–shell microcylinder. The horizontal and vertical shifts of photonic nanojet depend strongly on the director of the liquid crystals. Such a mechanism of nanojet adjustment should open up a new application for using visible light to detect nanoparticles, optical gratings, and single molecules with subwavelength spatial resolution.     

样品表面银膜的粗糙度对钛酸钡微球成像性能的影响

光学显微技术在生物学、医学、材料学、精密测量学等领域扮演着至关重要的角色, 为微纳尺度的探索提供了强大的工具。然而, 传统光学显微系统受到衍射极限的制约, 最大分辨率极限约为光波长的一半(λ/2)。近年来, 突破衍射极限、实现更高成像分辨率成为显微成像领域的研究热点。介质微球透镜通过调控光场, 能够将入射光束聚焦于微球底部的极窄区域形成光子纳米射流, 打破了阿贝(Abbe)衍射极限, 使出射光束半峰全宽小于λ/2。与其他超分辨成像技术相比, 微球超分辨成像具有简单直接、无须荧光染料标记、实时成像、可与现有显微系统相兼容等优势, 为学术研究和实际应用开辟了新的机遇。该综述首先介绍了介质微球超分辨光学成像原理; 随后, 详细分析了影响微球超分辨光学成像能力的关键因素, 包括微球光学性质、适用环境以及可控性等; 最后, 探讨了微球超分辨光学成像技术在生物医学、半导体器件、纳米材料科学领域中的应用。此外, 还展望了微球超分辨光学成像技术未来发展面临的主要挑战。

     

光子纳米喷流的性能及应用

光子纳米喷流是光照射直径与波长相当或略大于波长的无损电介质微颗粒时,会在微颗粒后表面一定距离处形成高强度、紧聚焦光束。光子纳米喷流具有大于照射光的强度、最小的半高宽值能够小于衍射极限的光束宽度、传播超出倏势场区域和较强的背向散射等优异特性,在光信号增强、微纳加工与制造、超分辨光学成像、超灵敏捕获和探测等领域具有重要应用。该文首先介绍了光子纳米喷流的源头和发现;其次,对光子纳米喷流的模型、理论、形貌特征、实验测量和主要特性进行了阐述;再次,调研和讨论了光子纳米喷流的几个重要应用;最后,对光子纳米喷流进行了总结和展望。