电子科技大学太赫兹中心胡旻团队与华科大李培宁团队、浙大张晖团队合作成功揭示历史颜料纳米级太赫兹光学特性

电子科技大学与华中科技大学、浙江大学合作，研发革命性太赫兹时域过滤纳米成像技术（thz-tdf），并在古代彩绘颜料分析中取得突破性进展。该研究成果发表在国际期刊《nano letters》上。

传统太赫兹近场成像技术受限于探针表面波干扰，分辨率难以提升。 胡旻教授团队创新性地开发出时域光谱技术，结合时域光谱截断技术，有效消除了表面波干扰，实现了超高分辨率太赫兹成像。

技术突破：克服表面波干扰，实现高精度纳米光谱分析

太赫兹波涵盖多种重要材料的特征光谱，广泛应用于材料科学、生命科学和通信领域。THz-TDF技术巧妙地解决了传统技术中探针表面波干扰的问题，显著提高了太赫兹纳米光谱的精度和分辨率。（见图1）

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图1： (a) THz-TDF纳米成像原理示意图；(b) 不同悬臂长度探针的模拟和实验时域近场信号；(c和d) 模拟与实验的不同悬臂长度下，未处理和处理后的硅基底近场光谱。

应用实例：明代彩绘颜料的纳米级光谱分析

研究团队利用THz-TDF技术分析了明代彩塑颜料样品，成功区分了朱砂和铅丹颜料的纳米级振动特性，在1.125THz频率下，仅朱砂展现出显著的振动共振特征。这项技术实现了200nm以下的空间分辨率，为研究古代颜料的变色机制以及彩绘文物的保护提供了重要依据。（见图2）

图2：明代彩塑颜料样品的THz-TDF高光谱纳米成像。（a）明代彩塑照片；（b）从彩塑中提取的颜料样品的光学图像；（c）图b中虚线框区域的扫描电子显微镜元素分布图；（d和e）分别为图c区域的表面形貌图和太赫兹近场白光成像；（f）太赫兹高光谱纳米成像的示意图；（g和h）不同频率的太赫兹近场振幅（g）和相位（h）成像；（i和j）在1.125 THz（i）和0.9 THz（j）下的太赫兹近场相位成像；（k和l）在i图虚线白线位置记录的近场光谱的振幅（k）和相位（l）。水平虚线标记了边界，红色和蓝色虚线曲线分别表示朱砂和红铅的代表性近场光谱。

其他应用：金属天线纳米光学特性研究

此外，研究团队还利用THz-TDF技术研究了金属天线的纳米光学特性，成功区分了不同长度金属天线的共振频率变化，并揭示了天线的偶极共振模式。（见图3）

图3：THz-TDF测量的单个金属天线的纳米光谱。（a）金属天线的近场测量示意图；（b）50μm金属天线的表面形貌图（左）和近场白光图像（右）；（c）金属天线的近场光谱；（d和e）0.86THz（左）与0.6THz（右）频率的实验（d）与模拟（e）的金属天线成像；（f和h）不同长度（38μm至86μm）金属天线的近场光谱实部（f）与虚部（h），揭示了天线长度变化导致的共振频移；（g和i）模拟展示了与实验一致的光谱结果。

未来展望：推动太赫兹纳米光学技术发展

未来，THz-TDF技术有望进一步小型化和高效化，并在量子材料、纳米光子学和文物保护等领域发挥更大作用，推动太赫兹纳米光学技术应用的广泛发展。

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 2025-01-04