综述：可见光-太赫兹近场纳米显微技术

这篇综述深入探讨了散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）的技术原理与应用突破。该技术通过原子力显微镜（AFM）探针与宽谱光（可见光至太赫兹）的协同作用，实现10 nm级超衍射极限成像，为材料科学、量子现象及生物医学研究提供了革命性工具。文章还展望了其在极端环境（低温、电磁场、液相）下的拓展应用潜力。

　　

可见光-太赫兹近场纳米显微技术的突破与应用

技术原理与衍射极限突破

传统光学显微镜受限于阿贝衍射极限，分辨率难以突破照明波长的一半。散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）通过原子力显微镜（AFM）金属化探针的局域增强效应，将探针作为纳米级散射源，实现了10 nm空间分辨率——这一指标与照明波长无关，覆盖了从可见光（400-700 nm）到太赫兹（0.1-10 THz）的宽谱范围。其核心机制在于探针-样品近场相互作用产生的弹性散射光信号，通过外差干涉检测技术提取，同时获得样品形貌与光学性质的高分辨关联图像。

多模态纳米表征能力

s-SNOM的独特优势在于同步提供纳米尺度下的化学、电学和力学信息。例如，通过红外波段（IR-s-SNOM）可识别聚合物微区中的官能团分布，而太赫兹频段（THz-s-SNOM）能揭示半导体载流子动力学。在石墨烯研究中，该技术成功观测到狄拉克点附近的等离子体激元传播，空间分辨率较传统远场光学方法提升两个数量级。

极端环境适应性

近年技术革新使s-SNOM能在极端条件下工作：

• 低温环境：4 K级低温s-SNOM揭示了拓扑绝缘体表面态的量子化涡旋结构；
• 电磁场调控：结合原位电场（±10 V/μm）与磁场（±9 T），实现了对二维材料激子输运的实时成像；
• 液相体系：防水探针设计使生物分子在生理溶液中的构象变化得以动态追踪，为膜蛋白聚集研究提供新视角。

生物医学与催化应用

在生命科学领域，s-SNOM已用于病毒颗粒（如HIV-1，尺寸≈120 nm）的表面抗原定位，以及淀粉样纤维β-折叠结构的纳米光谱解析。催化研究中，该技术直接观测到铂纳米颗粒（Pt NPs）表面活性位点的局域电场增强效应，为理性设计高效催化剂提供依据。

未来展望

随着超快激光与量子光源的引入，s-SNOM正朝着飞秒时间分辨率与单分子灵敏度迈进。其在肿瘤异质性检测、神经突触信号传导等领域的应用潜力亟待挖掘，而自动化探针制备技术将推动该仪器向标准化实验室工具转型。