北京大学电子显微镜实验杜进隆、量子材料科学中心和电子显微镜实验高鹏与现代光学研究所肖云峰课题组利用扫描透射电镜-电子能量损失谱技术的高空间分辨、宽能量匹配和大动量匹配的优势，研究展示了单个纳米结构中纵向法布里一珀罗和横向回音壁模式的同时测量，相关工作以“电子显微镜在超宽能量和动量匹配探测SiC 纳米线中的电子-光子相互作用“（Electron microscopy probing electron-photon interactions in SiC nanowires with ultra-wide energy and momentum match）为题发表在《纳米快报》（Nano Letters）。

纳米尺度光场特性、光与纳米材料相互作用的研究是发展先进光电器件、光子芯片的基础。基于激光的吸收/散射光谱、光致发光光谱是探测纳米材料和纳米结构光子响应的有效手段。但利用光作为探测工具的传统光谱学技术往往也受到一些限制：第一，由于光子没有静止质量，只有那些动量传递很小的相互作用才能被激发；第二，一些频率窗口（例如，远红外频段）没有被当前实验室级的商业化激光光源覆盖；此外，光学近场技术需要发射跨越超宽频谱的连续波激光来激发不同阶波导模式，这不仅使实验研究在技术上具有挑战性，而且不同波导模式耦合的研究也很困难；第三，光谱学的空间分辨率由于受到经典衍射效应的限制，通常只有微米或百纳米级，并且光和物质之间的相互作用截面通常很小，因此由于空间分辨率有限或作用截面小，通常难以探测来自微小纳米结构的信号。为了克服这些限制从而有效地探测微纳米结构中的光学行为，需要进一步发展光学技术或者寻找新的测量手段。电子显微镜和光学显微镜是物质科学研究中广泛使用的两种工具，是材料科学和纳米技术的“眼睛”，它们分别采用电子散射和光子散射作为探测手段。长久以来它们基本是独立向前发展，电镜侧重于结构分析而光显侧重于物理过程的探测。但近年来，随着电子单色性的提高，利用电镜的高能电子束探测物理过程的研究也越来越多。实际上，由于电镜高能电子束具备纳米至亚埃级的束斑尺寸、良好的相干性，较好的单色性，在材料物性探测方面可以与光学探测实现空间尺寸、动量、能量以及时间尺度的互补。

近日，北京大学电子显微镜实验杜进隆、现代光学研究所肖云峰课题组、量子材料科学中心和电子显微镜实验高鹏课题组利用高能量分辨率的扫描透射电镜-电子能量损失谱（Scanning Transmission Electron Microscopy-Electron Energy Loss Spectroscopy，STEM-EELS）技术，发挥电子作为探测工具具有高空间分辨、宽能量匹配和大动量匹配的优势，在单个SiC纳米线中同时测量到了纵向法布里一珀罗（Fabry–Perot，FP）本征模式和横向回音壁（whispering-gallery modes ，WGMs）本征模式，能量范围从近红外（~1.2 μm）到极紫外（~0.2 μm），动量转移范围达10⁸ cm^-1，并进一步揭示了尺寸效应对纳米线共振谱的影响。该工作提供了一种新的测量纳米结构中光-物质相互作用的技术。

北京大学电子显微镜实验室杜进隆工程师、厦门大学电子科学与技术学院陈锦辉副教授和9159金沙申请大厅2017级博士研究生李跃辉为论文共同第一作者，9159金沙申请大厅2018级博士研究生时若晨、武媚为论文共同作者，北京大学肖云峰教授和高鹏教授为论文共同通讯作者。上述研究工作得到国家自然科学基金的支持。

论文原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01672

图1.电子束测量单个SiC纳米线本征模式实验原理示意图、激发本征模式示意图及相应实验测量结果。