Anisotropic nanoscale wrinkling in solid state substrates
在软物质衬底中，由微扰引起的斑图形成是一种非常常见的现象。在所有这些系统中，褶皱在存在压应力的薄膜的情况下形成，所述薄膜位于柔顺衬底上。在这里，我们展示了控制的自组织纳米粒子的生长，利用固态衬底上的不稳定性。钠钙玻璃在表面层中通过散焦离子束进行改性，所述散焦离子束触发形成被剥夺碱离子的压缩应力表面层。当衬底被加热到接近其玻璃化转变温度时，退火不稳定性将图案的生长速率提高约两个数量级。因此，形成了由刻面脊约束的高纵横比各向异性波纹，其代表了用于引导功能纳米结构的大面积阵列生长的最佳模板。我们展示了工程在大平方厘米面积的准一维阵列的Au纳米条纹二聚体赋予可调等离子体响应，强光学二向色性和高电导率。这些独特的功能允许利用这些大面积衬底作为纳米光子学，生物传感和光电子学中的有源超材料。
2019-03-25 cond-mat.mes-hall
Superconducting meander-line surface coil for NMR spectroscopy of nanoscale thin films
本研究提出一种超导蜿蜒线表面线圈，用于提高纳米级薄膜的NMR灵敏度，通过检测硼膜验证了该技术的可行性，为研究原子薄材料提供了新工具。
2025-10-09 cond-mat.mes-hall
The Potential of Ti$_3$C$_2$T$_X$ Nano-sheets (MXenes) for Nanoscale Solid Lubrication Revealed by Friction Force Microscopy
Ti $_3$ C $_2$ T $_X$纳米片（MXene）是一类新兴的二维材料，具有在从纳米到宏观的长度尺度上用于能量存储、催化和摩擦电应用的突出潜力。尽管对这类新材料的兴趣迅速增加，但它们的纳米级摩擦特性，特别是它们在纳米级上的固体润滑潜力，尚未得到详细研究。在这个简短的通信中，我们提出了第一个结果MXene的纳米级摩擦特性，在一个孤立的Ti $_3$ C $_2$ T $_x$纳米片上通过摩擦力显微镜沉积在二氧化硅衬底上获得的摩擦地图的形式。我们的实验表明，少层Ti $_3$ C $_2$ T $_x$纳米片确实在纳米级上充当固体润滑剂，减少二氧化硅基底上的摩擦，尽管不如少层石墨烯有效。本文报道的结果为进一步研究Ti $_3$ C $_2$ T $_X$（MXene）纳米片实现的纳米级固体润滑铺平了道路。
2020-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergence of Coherent Nanoscale Structures in Carbon Nantotubes
最近观察到直径从1.05 nm到1.52 nm的单壁碳纳米管（CNT）中水的不寻常性质。结果表明，对于直径分别为1.05 nm和1.06 nm的碳纳米管，即使在105 - 151 ℃和87 - 117 ℃的温度范围内，碳纳米管中的水仍保持冰状相。除了高凝固点，固-液相变温度被发现是强烈敏感的CNT直径。在本文中，我们表明，水在这样的碳纳米管的可以承认连贯的纳米结构提供一定的条件得到满足。这种相干结构的形成允许高值的固-液相变温度，其与经验数据定性一致。该模型还预测，相变温度与CNT内水流可用的有效半径的平方成反比。这与所观察到的固-液相变温度对CNT直径的敏感依赖性是一致的。
2017-03-22 cond-mat.mes-hall
Nanoscale magnetic resonance spectroscopy using a carbon nanotube double quantum dot
量子传感利用量子力学和量子控制的基本特征来实现传感设备，在从基础科学到应用技术的广泛科学领域中具有潜在应用。最终目标是将前所未有的灵敏度与出色的空间分辨率相结合的设备。本文提出了一种基于碳纳米管双量子点的全电纳米级量子传感新平台。我们的分析表明，该平台可以实现的灵敏度，允许单分子磁共振光谱的实施，因此打开了一个有前途的集成芯片上的量子传感设备的路线。
2019-08-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Nonlinear Spectroscopy with Electron Beams
我们从理论上证明了电子束探测纳米空间分辨率的非线性光子响应的能力，远远超出了现有的光学技术的能力。虽然电子束与光子模式的相互作用通常很弱，但使用光泵浦产生的受激电子-光相互作用可以在光子诱导近场电子显微镜（PINEM）中达到有序统一概率。在这里，我们证明了PINEM可以本地和定量探测的非线性光学响应。具体而言，我们预测PINEM电子光谱对样品非线性的依赖性，可以揭示具有纳米分辨率的光学材料的二次谐波（SH）响应，通过电子能量损失和增益之间的不对称性观察。我们说明了这一概念，表明PINEM光谱是敏感的SH近场的中心对称结构，并找到大量的光谱不对称的几何形状的线性相互作用减少。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall
Electrical magnon spectroscopy with foundry-fabricated nanoscale magnetic tunnel junctions
Helmholtz-Zentrum Dresden–Rossendorf（亥姆霍兹德累斯顿-罗斯多夫中心）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学CNRS纳米科学与工程研究中心）；GlobalFoundries Dresden Module One LLC & Co. KG (GF)（格芯德累斯顿第一模块有限责任公司及合伙公司）
针对电荷基电子器件的发热与高功耗问题，本研究利用纳米级磁性隧道结（MTJ）实现自旋波的电学探测，通过动态耦合设计将自旋波激发转换为电信号，发现其窄谱线宽特性，为磁振子学应用及量子换能器研究提供支撑。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall
Towards chemical structure resolution with nanoscale nuclear magnetic resonance spectroscopy
核磁共振（NMR）光谱已经接近单分子灵敏度的极限，然而光谱分辨率目前不足以获得关于化学结构和分子相互作用的详细信息。在这里，我们证明了两个以上的数量级的光谱分辨率的改善，通过执行相关光谱与浅氮空位（NV）在金刚石磁传感器。原则上，该分辨率足以观察$\sim$ 1 T磁场中的化学位移，目前受到表面分子扩散的限制。我们测量了在金刚石表面处的（5nm）$^3$体积内的$D = 0.15 - 0.2$ 1nm $^2/\mathrmμ$的油扩散速率。
2015-06-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale modification of WS$_2$ trion emission by its local electromagnetic environment
过渡金属二硫属化物单分子膜的结构、电子和化学纳米级修饰改变了它们的光学性质，包括产生单光子发射体。一个关键的缺失元素完全控制是一个直接的空间相关性的光学响应纳米级的修改，由于光学光谱和纳米分辨技术，如透射电子显微镜或扫描隧道显微镜之间的空间分辨率的巨大差距。在这里，我们通过使用电子光谱法获得纳米分辨光学特性来弥合这一差距，特别是电子能量损失光谱法（EELS）用于吸收和阴极发光（CL）用于发射，这与化学和结构信息直接相关。在h-BN/WS $_2$ /h-BN异质结中，我们观察到由于数十纳米宽的电介质贴片而导致的trion（X $^{-}$）发射的局部调制，而激子X $_A$不遵循相同的调制。在靠近支撑异质结构的碳膜的电荷积累发生的区域中，三电子发射也增加。最后，局部激子发射（L）检测不相关的应变变化1 $\%$以上，这表明点缺陷可能参与其形成。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall
Surface phonon induced rotational dissipation for nanoscale solid-state gears
相对于平动摩擦而言，转动摩擦的机理研究较少。这种运动成为一个重要的问题，为小型化的机械机械，往往涉及旋转齿轮。在这项研究中，分子动力学模拟进行探索旋转摩擦的固态齿轮上旋转的不同基板。在每种情况下，观察到的旋转运动的粘性阻尼，并发现诱导齿轮和基板之间的纯范德华相互作用。不同的齿轮尺寸和各种基板材料的影响进行了研究。此外，齿轮和基板的刚度被发现会产生不同的耗散通道。最后，它表明，占主导地位的贡献耗散有关的低频表面声子在基板中的激发。
2020-11-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Liquid phase stabilization versus bubble formation at a nanoscale-curved interface
我们调查的性质附近的纳米尺度弯曲凸液-固界面使用两种模型的汽泡成核;均匀形成的平衡吉布斯模型，和一个非平衡动态范德华/扩散界面模型的相变在一个初始冷却的液体。蒸汽气泡的形成示出发生足够大的曲率半径，并抑制较小的半径。固体-流体的相互作用占和它示出的液体-蒸汽界面能，因此拉普拉斯压力，对气泡形成的影响有限。主要因素是从现有的固-液界面产生固-气界面的能量成本，如通过平衡和非平衡参数所证明的。
2017-06-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.flu-dyn
Scanning tunneling microscopy and spectroscopy of nanoscale twisted bilayer graphene
纳米级扭曲双层石墨烯（TBG）是非常不稳定的，并且会以低得多的能量将其结构转变为Bernal（或AB堆叠）双层。因此，纳米TBG的缺乏使其电学性质至今无法在实验中得到验证。在这项工作中，一个特殊的限制TBG中获得的两个连续的错位石墨烯片的重叠区域。TBG的受限区域的宽度从约22 nm逐渐变化到0 nm。利用扫描隧道显微镜，我们仔细研究了纳米TBG的结构和电子性质。我们的结果表明，纳米级TBG的平移对称性破缺对低能电子性质（包括扭转诱导的范霍夫奇异性（VHS）和局域态密度的空间调制）产生了强烈的影响。然而，当TBG的宽度减小到只有一个莫尔斑时，VHS能量以上的电子性质几乎不受量子限制的影响。
2017-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Universal Thickness-Dependent Absorption in Solids at the Nanoscale: Anomalous Enhancement in the Ultrathin Limit
Department of Physics, Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育研究所物理系）
研究纳米尺度下固体厚度依赖吸收，通过对MoSe₂和WS₂实验与理论研究，发现普遍吸收行为，10nm以下吸收急剧异常增加，源于电磁干涉效应，为光电器件设计提供见解。
2026-07-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thermal Contrast in Nanoscale Infrared Spectroscopy (AFM-IR): Low Frequency Limit
分析了在纳米红外光谱（Nano-IR或AFM-IR）中，不同光吸收参数、热参数和弹性参数的两层界面的对比度形成机理。在低频极限解耦近似下的解析结果表明，响应幅度与照明光强和热膨胀系数成线性关系。两种不同材料之间的空间分辨率与光吸收系数的倒数之和有效热传递长度成线性比例。跨越T形边界的位移高度差（“热弹性台阶”）与吸附系数的差成正比，与传热系数成反比。对于厚膜，台阶高度与厚度无关，而对于非常薄的薄膜，台阶高度与h^2成正比
2017-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
A metric for wettability at the nanoscale
润湿性是液体对固体表面的亲和力。由于能量的原因，宏观的液滴在远离与固体的界面处几乎是球形的，并且由于分子尺度的表面相互作用而引起的任何局部变形都可以忽略不计。因此，对润湿现象的研究通常假设表面上的液体呈球冠状。润湿性的程度然后通过液体-蒸气界面与固体-液体界面相遇处的接触角来捕获。然而，随着液滴体积缩小到阿升的尺度，表面相互作用变得显著，液滴逐渐呈现出扭曲的形状，不再符合我们对液滴的传统宏观概念。在这种情况下，接触角变得模糊不清，并且不清楚如何参数化液体对表面的亲和力。需要一个可扩展的度量来量化润湿性，特别是考虑到利用纳米级液固相互作用的技术的出现。在这里，我们结合纳米级的实验与分子水平的模拟研究的崩溃的球形液滴形状在小的长度尺度。我们演示了如何测量液滴形貌越来越多地揭示非球形功能的体积收缩，与理论预测一致。最后，纳米级的液体会在固体表面形成层状的分子组装体，而不是液滴。由于在小尺度下接触角不一致，我们引入液滴的吸附能量密度作为液体对表面亲和力的新度量。我们发现，外推的宏观理想化的下降到纳米级，虽然它不像一个现实的液滴的几何形状，但可以恢复其吸附能，如果线张力是适当的。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nanoscale mapping and spectroscopy of non-radiative hyperbolic modes in hexagonal boron nitride nanostructures
六方氮化硼（hBN）的固有晶体各向异性维持自然的双曲声子极化激元，即可以在材料体积内以非常大的波矢传播的极化激元，从而使得能够将光学限制到非常小的尺寸。事实上，以前的研究表明，纳米级截断nanocone hBN腔，深亚波长尺寸，支持三维限制的光学模式中红外。由于光学选择规则，只有少数的许多这样的模式理论上预测已通过实验观察到远场反射和散射型扫描近场光学显微镜。光热诱导共振（PTIR）技术通过利用原子力显微镜（AFM）探针来探测由于光吸收引起的局部样品膨胀，从而克服弱远场发射来探测光学和振动共振。在这里，我们表明，PTIR能够直接观察到以前未观察到的hBN纳米结构的暗双曲模式。利用这些光学模式可以在纳米光子应用中对电磁近场浓度、偏振和角动量进行新程度的控制。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall
Phonon dispersion of nanoscale honeycomb phononic crystal: gigahertz and terahertz spectroscopy comparison
本研究实验对比了纳米级蜂窝状硅声子晶体在千兆赫（连续近似成立）和太赫兹（连续近似失效）范围的声子色散，发现前者与连续模型模拟吻合、后者与体硅无差异，揭示了连续模型的适用边界。
2024-07-25 cond-mat.mes-hall
Wetting controlled boiling at the nanoscale
沸腾是当液体被加热到其汽化温度以上时发生的不平衡转变。在纳米尺度下，沸腾可能由浸没在水或纳米复合材料表面中的辐照纳米颗粒触发，并且通常导致微爆炸。通常认为，当局部流体温度超过其亚稳温度（对于水而言约为573 K）时，纳米尺度沸腾均匀地发生。在这里，我们采用分子动力学模拟表明，纳米尺度沸腾是一种异质现象发生时，水的温度超过润湿依赖的起始温度。如果固体表面是弱润湿水，则该温度可以低于亚稳温度100 K。此外，我们表明，沸腾是一个缓慢的过程中控制的固-液界面的热导，这原来显着减少之前的相变产生长的成核时间。我们说明了这一结论的一般性，通过考虑一个球形的金属纳米粒子浸在水中和一个固体表面与纳米级的润湿异质性。这些结果为使用纳米级图案化表面控制沸腾铺平了道路。
2022-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Four-dimensional Vibrational Spectroscopy for Nanoscale Mapping of Phonon Dispersion in BN Nanotubes
直接测量单个纳米结构中的局部声子色散可以极大地促进我们对其电学、热学和力学性质的理解。然而，这样的实验测量需要极高的探测灵敏度和组合的空间，能量和动量分辨率，因此一直是难以捉摸的。在这里，我们开发了一种基于单色扫描透射电子显微镜（STEM）的四维电子能量损失谱（4D-EELS）技术，并提出了在单个氮化硼纳米管（BNNT）的位置依赖的声子色散测量。我们的测量结果表明，多壁BNNT晶体的非折叠声子色散与六方氮化硼（h-BN）晶体接近，表明层间耦合和弯曲的几何形状对声子色散没有实质性的影响。我们还发现，声学声子是非常敏感的动量相关的缺陷散射，而光学声子是不太敏感。这项工作不仅提供了有益的见解BNNT的振动特性，但也展示了发展的4D-EELS技术在纳米声子色散测量的巨大前景。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cathodoluminescence excitation spectroscopy: nanoscale imaging of excitation pathways
跟踪光激发从产生到衰变为光子的寿命对于理解材料的光学性质至关重要。宏观上，诸如光致发光激发光谱的技术提供了关于材料物理学的独特信息，其应用与量子光学或光致发光学一样多样。材料的激发和发射途径受到纳米尺度变化的影响，这些变化直接影响器件的性能。然而，尽管技术（例如使用自由电子的光谱法）具有相关的空间、光谱或时间分辨率，但它们无法直接访问。在这里，我们探讨两个代表性的光学器件：等离子体纳米粒子和发光2D层的光激发的创建和衰减。通过分析与可见紫外光子在时间上重合的激发电子所损失的能量，揭示了从激发到发光的衰变途径。这被证明为锁相相互作用，如在本地化的表面等离子体激元，和非锁相的，如个别点缺陷的光发射。这种新开发的阴极发光激发光谱图像能量转移途径在纳米尺度。它拓宽了探索纳米材料的工具集。
2022-07-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Nanoscale NMR Spectroscopy and Imaging of Multiple Nuclear Species
核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）是成熟的技术，可在不同的学科中提供有价值的信息，但目前仅限于宏观样品体积。在这里，我们展示了纳米级NMR光谱和成像环境条件下的样品含有多个核物种，使用氮空位（NV）的颜色中心作为传感器的钻石。与单一的，浅NV中心的金刚石芯片和样品放置在金刚石表面上，我们进行NMR光谱和一维MRI的几个纳米大小的样品含有$^1$ H和$^{19}$ F核。或者，我们采用高密度的NV层附近的金刚石芯片的表面，以证明宽场光学NMR光谱的纳米级样品含有$^1$ H，$^{19}$ F，和$^{31}$ P核，以及多物种的二维光学MRI与亚微米分辨率。对于暴露于空气中的所有金刚石样品，我们确定了一个无处不在的$^1$ H NMR信号，与金刚石表面上和置于金刚石上的任何样品下方的吸附烃或水的$\sim 1$ nm层一致。这项工作为纳米级NMR和MRI应用奠定了基础，例如单蛋白质的研究和亚细胞分辨率的功能生物成像，以及亚纳米分辨率的薄膜的表征。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Nonvolatile quantum memory enables sensor unlimited nanoscale spectroscopy of finite quantum systems
在纳米级计量应用中，测量通常受到传感器性能的限制。在这里，我们表明，在核磁共振（NMR）光谱测量使用单氮空位（NV）中心的金刚石，NV传感器电子自旋限制光谱分辨率下降到几百Hz，这限制了有限自旋系统的表征和相干控制，此外，是不够的高分辨率NMR光谱，旨在单分子识别和结构分析后者。为了克服这一限制，我们支持一个NV电子自旋传感器与核自旋量子位作为量子和经典存储器允许中间非易失性存储的计量信息，同时抑制有害的反作用的传感器到系统的调查。我们证明量子和经典的存储寿命分别为8毫秒和4分钟的环境条件下。此外，我们设计和测试的测量和去耦协议，有效地利用这样的内存量子位。使用我们的混合量子-经典传感器设备，我们实现了高分辨率的NMR光谱，单自旋线宽下降到13 Hz。因此，我们的工作是一个先决条件，高分辨率NMR光谱的纳米量子系统下降到单级。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-sensitivity diamond magnetometer with nanoscale resolution
我们提出了一种新的方法来检测弱磁场，利用最近开发的技术，固态电子自旋量子比特的相干控制。具体而言，我们研究了基于室温金刚石中的氮空位中心的磁传感器。我们讨论了这种技术的两个重要应用：纳米级磁强计，可以潜在地检测单个核自旋和光学磁场成像仪结合空间分辨率从微米到毫米的灵敏度接近几个毫微微特斯拉/赫兹$^{1/2}$的进动。
2008-05-09 cond-mat.mes-hall
Probing molecular dynamics at the nanoscale via an individual paramagnetic center
了解吸附在表面或局限于小体积的分子的动力学是一个越来越重要的科学和技术问题。在这里，我们展示了一个脉冲协议，使用个人顺磁性氮空位（NV）中心在金刚石中观察的时间演变的1H自旋从位于几纳米的金刚石表面的有机分子。该协议记录相互作用的1H自旋之间的时间相关性，因此通过其对核自旋弛豫和与NV的相互作用的影响对局部系统动力学敏感。我们能够通过仔细分析NMR信号的时间依赖性来收集关于纳米级旋转和平移扩散动力学的信息。将这种技术应用到各种液体和固体样品中，我们发现有证据表明，液体样品在金刚石表面上形成了1.5 nm厚的半固体层，其中平移扩散被抑制，而旋转扩散仍然存在。本技术的扩展可以适于突出拴系到金刚石表面的分子的化学组成，或者研究热或化学活化的动态过程，例如分子折叠。
2015-07-21 cond-mat.mes-hall
Nanoscale chemical mapping of laser-solubilized silk
利用超短激光脉冲辐照制备了水溶性无定形蚕丝，并通过纳米红外光谱进行了检测。一个光学吸收诱导的纳米级表面膨胀探测产生的光谱响应的丝绸在红外分子指纹波长与高~20 nm的空间分辨率所定义的探针的尖端。制备厚度为1-5微米的丝切片用于纳米级光谱学，并使用激光诱导非晶化。通过桌面和同步辐射傅里叶变换红外光谱进行的丝绸吸光度测量的比较证明，在高空间分辨率和特异性（能够区分无定形和结晶丝）的化学成像是可靠的实现纳米IR。使用同步辐射红外辐射的纳米材料表征进行了讨论。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Optical generation of intense ultrashort magnetic pulses at the nanoscale
在更短的时间和长度尺度上产生、控制和感测强磁场对于基础固态物理和诸如磁数据记录的技术应用都是重要的。在这里，我们提出了一个计划，用于产生强超短磁脉冲定位在纳米尺度。我们发现，飞秒激光脉冲照射的纳米环响应与皮秒持续时间的瞬态热电流，这反过来又引起特斯拉规模的磁场在环形腔。我们的方法提供了一个实用的方法产生强烈的纳米磁场材料表征，太赫兹辐射的产生，和数据存储应用的巨大潜力。
2013-03-25 cond-mat.mes-hall
Characterizing localized surface plasmons using electron energy-loss spectroscopy
电子能量损失谱（EELS）提供了一个窗口，查看纳米级的性能和过程。当在扫描透射电子显微镜中进行时，EELS可以同时呈现具有亚纳米空间分辨率的纳米级物体的图像，并将它们与$\sim10 - 100$ meV光谱分辨率的光谱信息相关联。因此，EELS是一个近乎完美的工具，用于理解单个和少粒子等离子体金属纳米粒子组装体的光学和电子特性，这在广泛的领域中是重要的。本文综述了基本等离子体激元和EELS理论的概述，并强调了最近几个值得注意的实验，涉及等离子体激元金属纳米粒子系统的电子束审讯。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall
Geometry-controlled Failure Mechanisms of Amorphous Solids on the Nanoscale
非晶态固体，局限于纳米尺度，表现出丰富的新现象尚待探索。特别是，这种固体对机械载荷的响应还没有得到很好的理解，正如实验所证明的那样，它与由相同材料制成的散装样品有很大的不同。故障模式和机制的强烈影响的几何形状的限制和样品中的界面效应和时间尺度之间的相互作用，由外部机械场施加。在这里，我们提出了在一个有限的模型玻璃，受到膨胀与恒定的应变速率的腔形成的机制。该系统进行了研究，为不同的几何纵横比和样本量。我们的研究结果表明，对于一个给定的温度和应变条件下，当长径比达到一个临界值时，样品显示空化，低于这个长径比的样品通过形成颈部破裂。临界纵横比与取决于应变速率和温度的颈部的临界曲率相关联。如果超过这个临界曲率，系统的自由能会因空腔的形成而最小化。我们的研究揭示了一种新的机制，空腔形成的纳米尺度。这可能是在机械载荷作用下小型受限系统中材料失效的一般机制。
2019-07-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Electrical spin-wave spectroscopy in nanoscale waveguides with nonuniform magnetization
利用电传播自旋波谱和微磁学模拟研究了纵向和横向偏置磁场作用下宽度小于320 nm的磁波导中的自旋波模式。对于纵向偏置场，观察到一个1.3 GHz宽的自旋波带与解析色散关系均匀磁化。然而，横向偏置场导致了几个不同的带，对应于不同的量化宽度模式，具有负和正斜率。微磁学模拟表明，在这种几何结构中，由于波导的强形状各向异性，磁化强度是不均匀和倾斜的。对这种非均匀磁化波导中的量子化自旋波模进行了模拟，得到了与实验符合较好的自旋波色散关系。
2021-04-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nanoscale NMR Spectroscopy using Self-Calibrating Nanodiamond Quantum Sensors
常规的核磁共振（NMR）光谱依赖于从分子的宏观系综获取信号以获得关于分子结构和动力学的信息。将这种技术转移到纳米级样品大小将使分子分析没有平均的影响，在空间和时间的不均匀性，而不需要宏观体积的分析物，这两个固有的大合奏测量。基于大块金刚石芯片内部的氮空位（NV）中心的纳米级NMR实现了单核自旋灵敏度和确定化学结构所需的分辨率，但对于最敏感的设备，它们的检测体积仅限于金刚石表面上方几纳米。这使得它们无法在较厚的结构（如细胞）内以纳米级分辨率用于核自旋传感。在这里，我们展示了在（19 nm）3体积中使用多功能NV-NMR设备内的纳米金刚石，具有典型的30 nm直径的NMR信号从多个核素的检测。该装置检测由少量分析物分子产生的信号，数量级为1000。为了原位使用这些装置，必须针对每个纳米金刚石装置的未知几何形状校正检测到的信号。我们表明，这样的校准可以通过利用金刚石表面上的原子核薄层的信号来执行。这些结果，结合纳米金刚石的低毒性和它们对表面功能化的顺从性，表明纳米金刚石NV-NMR装置可以成为活细胞内基于纳米级NMR的传感的有用工具。
2019-02-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Atomistic Modelling of Energy Dissipation in Nanoscale Gears
分子和固态齿轮构成了纳米级机械的基本组成部分。该领域制造技术的最新实验进展为更好地描绘分子级机械装置工程的最终目标的路线图做出了巨大贡献。为了补充实验研究，计算机模拟发挥了宝贵的作用，因为它们允许解决，原子级的分辨率，各种基本问题，如纳米级齿轮系的角动量的传输和能量耗散的机制，在这样的长度尺度。我们在本章中回顾我们解决后一个问题的工作。我们的计算方法是基于经典的原子分子动力学模拟。讨论了两个基本问题：（i）吸附在表面上的旋转固态纳米齿轮的主导能量耗散通道，以及（ii）在由石墨烯纳米盘和分子尺度齿轮组成的异质齿轮副中旋转运动和摩擦过程的传递。
2022-05-09 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Nanoscale fluorescence lifetime imaging with a single diamond NV center
固态量子发射体，例如人工工程量子点或固体中天然存在的缺陷，正在被研究用于从量子信息科学和光电子学到生物医学成像的应用。最近，这些相同的系统也从纳米计量学的角度进行了研究。在这封信中，我们研究的近场光学性质的金刚石晶体托管一个单一的氮空位中心。我们发现氮空位中心是周围电磁模式结构的灵敏探针。我们利用这种敏感性，以证明纳米级荧光寿命成像显微镜（FLIM）与一个单一的氮空位中心成像的光学天线的局部态密度。
2013-03-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale subsurface dynamics of solids upon high-intensity laser irradiation observed by femtosecond grazing-incidence x-ray scattering
观察超快激光引起的纳米尺度系统的结构变化对于理解强烈的光-物质相互作用的动力学是必不可少的。对于$10^{14} \, \rm W/cm^2$量级的激光强度，在表面处和表面下方产生高度碰撞的等离子体。随后的传输过程，如热传导，电子离子热化，表面烧蚀和再固化发生在皮秒和纳秒的时间尺度。成像方法，例如使用X射线自由电子激光（XFEL），迄今无法测量具有适当时间和空间分辨率的激光-固体相互作用的深度分辨次表面动态。在这里，我们展示了皮秒掠入射小角度X射线散射（GISAXS）从激光产生的等离子体使用XFEL脉冲。使用多层（ML）样品，表面烧蚀和亚表面密度动态测量与纳米深度分辨率。我们的实验数据挑战了极端条件下最先进的物质建模，并为激光材料加工和高能量密度科学开辟了新的前景。
2021-10-08 cond-mat.mes-hall physics.plasm-ph
Electronic and magnetic influences of a stacking fault in cobalt nanoscale islands on the Ag(111) surface
利用自旋极化扫描隧道显微镜和光谱仪，我们在Ag（111）表面上发现了垂直磁化和面内磁化的钴纳米岛共存，以及莫尔条纹振幅与岛的磁化方向的关系，莫尔条纹强度大的岛表现为垂直磁化，莫尔条纹强度小的岛表现为面内磁化.密度泛函理论计算再现了这种关系，并解释了钴的本征hcp堆垛层中具有fcc堆垛层错的两种类型的岛之间的差异。
2015-05-15 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Fourier-transform MRI
我们报告了一种纳米级脉冲核磁共振成像和光谱学的方法。周期性射频脉冲用于在固体有机样品的统计极化中产生时间相关性。通过施加一系列强磁场梯度脉冲对自旋密度进行空间编码，所述强磁场梯度脉冲是通过将电流聚焦通过纳米尺度的金属收缩而产生的。我们演示了这种技术，使用硅纳米线机械振荡器作为磁共振传感器图像1H自旋在聚苯乙烯样品。我们得到一个二维投影的样品质子密度与约10 nm的分辨率。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall
High-dynamic-range imaging of nanoscale magnetic fields using optimal control of a single qubit
我们提出了一种新的光谱协议的基础上的单量子系统的最优控制。它能实现具有量子极限灵敏度（η_ω~ 1/sqrt（T_2^*），T_2 ^* 表示系统的相干时间）的测量，但其动态范围比以前用于该任务的脉冲光谱方法大几个数量级。我们采用这种协议的图像纳米磁场与一个单一的扫描NV中心的钻石。在这里，我们的计划，使一个强烈的不均匀的领域在一个单一的扫描定量成像，而无需闭环控制，这是以前必须实现这一目标。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultrafast stratified diffusion of water inside carbon nanotubes. Direct experimental evidence with 2D (D-T2) NMR spectroscopy
水，当被限制在纳米级时，获得了非凡的传输特性。然而，在纳米级分辨率下，还没有直接的实验证据证明这些特性。在这里，通过使用2D NMR扩散-弛豫（D-T2）和自旋-晶格-自旋-自旋弛豫（T1-T2）光谱，我们成功地解决了在单壁和双壁碳纳米管（SWCNT/DWCNT）的纳米尺度上的水扩散。在单壁碳纳米管中，光谱显示出限制在一维的均匀水扩散的特征形状。值得注意的是，在DWCNTs水分裂成两个轴向组件与内部一个获得不寻常的流动特性：高脆性，超快自扩散系数，和“刚性”的分子环境，揭示了分层的合作运动机制的基础上快速扩散水饱和的碳纳米管。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Hybrid tip-enhanced nano-spectroscopy and -imaging of monolayer WSe2 with local strain control
许多种类的二维（2D）材料已经成为新型电子和光学器件的潜在平台。然而，物理性能的强烈影响的纳米异质性的形式的边缘，晶界，和成核位点。利用尖端增强拉曼散射（TERS）和光致发光（TEPL）纳米光谱和成像，我们研究了相关的物理气相沉积（PVD）生长的单层WSe 2的激子性质的影响。在<15 nm的空间分辨率下，我们解决了PL光谱强度的非局部纳米级相关性，并与预期的激子扩散长度相关的晶体边缘和内部孪晶界的位移。通过主动原子力尖相互作用，我们可以控制纳米尺度上的晶体应变，并以可逆（高达24 meV的位移）和不可逆（高达48 meV的位移）的方式调整局部带隙。这使我们能够区分应变的影响，从占主导地位的影响，在不同的结构异质性的PL修改的缺陷。因此，混合纳米光学和纳米机械成像和光谱学使得能够系统地研究层状2D材料中的结构和机械自由度与纳米级电子和光学性质的耦合。
2016-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Seeing the Unseen -- Boosted Absorption Imaging and Spectroscopy Using a Scanning Microresonator
由于纳米级物体与光的相互作用极其弱相互作用，不依赖于荧光的纳米级物体的光学检测是当前的挑战。共振增强吸收显微镜是一种新的工具，大大提高了光与物质的相互作用。它将高灵敏度的空间分辨成像与光谱学相结合，为纳米技术，材料设计和生命科学中的纳米尺度系统的检测和分析提供了一种有竞争力的替代方法。
2022-12-22 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Negative quantum friction in nanoscale water flows: the Wigner picture
Istituto per le Applicazioni del Calcolo, Consiglio Nazionale delle Ricerche（计算应用研究所，意大利国家研究委员会）；INFN Tor Vergata（托尔维加塔国立核物理研究所）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）；School of Engineering & Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学生物工程与应用科学学院）；Center for Life Nano- & Neuro-Science, Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学生命纳米与神经科学中心）
基于维格纳方程的单粒子模型探索纳米尺度水流中的负量子摩擦现象，通过数值模拟发现有从固体壁电子到流动水分子的净动量转移，可使水摩擦降低，为搭建经典与量子描述的理论框架提供前景。
2026-07-20 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Nanoscale spatial resolution probes for Scanning Thermal Microscopy of solid state materials
扫描热显微镜（SThM）使用集成在具有纳米级尖端的力感测悬臂中的微机械热传感器，对于探索纳米级半导体器件的热管理非常有用。以及相关材料的表面性质的映射。尽管SThM能够以纳米级分辨率对外部产生的热成像，但其映射和测量材料的热导率的能力主要限于具有0.1至1 W/mK范围内的低热导率的聚合物或类似材料，横向分辨率为1 \mum的量级。在本文中，我们使用相关的实验和理论方法来分析热性能和灵敏度的微加工SThM探针，以扩大其适用范围更广泛的纳米结构，从聚合物到半导体和金属。我们开发了这些探针中相互关联的热和电现象的物理模型，然后使用真实探针的实验测量来验证这些模型，这为分析SThM在纳米结构探索中的性能提供了基础。然后，我们的研究突出了这些探头的关键功能，即，相对于探头顶点的热传感器的几何位置，热传导的探头的支持基地，热传导到周围的气体，和尖端材料的热传导邻近的顶点。它还允许我们提出一种SThM探针的新设计，其结合了位于探针顶点附近的碳纳米管（CNT）或类似的高导热性石墨烯片材料。新的传感器预计将提供空间分辨率的纳米结构的热性能在几十纳米的顺序，以及扩大的灵敏度的SThM探头的材料与热导率值高达100-1000 W/mK。
2012-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Magnetoelectric Coupling in Pb(Zr,Ti)O3/CoFeB Nanoscale Waveguides Studied by Propagating Spin-Wave Spectroscopy
提出基于传播自旋波光谱表征纳米 Pb(Zr,Ti)O3/CoFeB 磁电耦合的方法，实验测得电压诱导的迟滞磁弹性场和非线性耦合系数。
2023-12-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Probing the concept of line tension down to the nanoscale
一种新的力学方法是开发探索通过原子尺度模拟的线张力的概念，在固-液-汽接触线，以及它对温度的依赖性，约束，和固体/流体相互作用。更确切地说，通过估计沿着并垂直于在部分润湿的孔内形成的直接触线施加的应力，可以估计线张力，同时避免基于半球形液滴的几何缩放方法固有的缺陷。Lennard-Jones流体的线张力被发现遵循一个通用的行为与温度和化学势的影响，都包括在一个简单的接触角参数化。以前的理论建模和分子模拟之间的差异得到解决，和线张力的概念被证明是强大的分子限制。对于水观察到相同的定性行为，但是润湿转变处的线张力根据起作用的固体/流体相互作用的范围而朝向有限值发散或收敛。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.comp-ph
Phonon-mediated non-equilibrium interaction between nanoscale devices
用声子谱方法研究了二维电子系统（2DES）中界面声子在平面内传播引起的介观器件间的相互作用。在我们的实验中，从偏置量子点接触注入的弹道电子发射声子，其中一部分被附近简并2DES中的激发电子重吸收。我们执行这些激发的电子采用可调的静电势垒在电分离和无偏检测器电路的能量谱。转移的能量被发现是有界的最大值对应于费米能级电子激发和背散射吸收界面声子。我们的结果表明，声子介导的相互作用对固态量子线路的退相干起着重要的作用。
2009-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Time dynamics of photothermal vs optoacoustic response in mid IR nanoscale biospectroscopy
红外（IR）光谱，一个完善的工具，用于化学分析的各种材料，在生物医学应用中具有显着的潜力。虽然传统的红外光谱的空间分辨率被限制在几个微米的红外光的波长，它已被证明，纳米级的化学分析可以通过检测红外诱导的局部加热光热响应通过扫描热显微镜（SThM）或局部热机械膨胀使用原子力显微镜（AFM）。利用标准AFM和SThM探针，研究了脉冲宽度为ps的高功率自由电子激光（FEL）光源在AFM-IR和SThM-IR光谱中的应用。SThM-IR响应被发现具有有害的强背景信号，由于探针的直接加热，而AFM IR热机械响应允许消除这样的问题，对于FEL IR源的自上而下和自下而上的照明。SThM IR特征响应时间约为AFM-IR的一半，与有限元分析模拟一致。最后，通过实验和有限元分析，探讨了使用ps持续时间自由电子激光与高重复率量子级联激光红外光源的AFM-IR波长敏感光谱响应在纳米尺度淀粉样肽纤维研究中的优点和缺点。
2015-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Evidence of nanoscale Anderson localization induced by intrinsic compositional disorder in InGaN/GaN quantum wells by scanning tunneling luminescence spectroscopy
我们给出了InGaN/GAN量子阱本征合金成分无序引起的安德森局域化的直接实验证据。我们的方法依赖于从扫描隧道显微镜尖端到近表面单量子阱的电子局部注入下的发光光谱的测量。在几纳米尺度上观察到发射线形状的波动。单个局域态的窄发射峰特征得到解决。在局域化景观理论的框架内的计算提供了有效的约束势的组成波动所产生的地图。这一理论很好地解释了所观察到的纳米尺度载流子局域化和这些安德森型局域态的能量。局域态发射的能量扩展与通常观察到的InGaN/GAN量子阱结构的非常宽的光致发光或电致发光光谱一致。
2018-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An open-source platform to study uniaxial stress effects on nanoscale devices
我们提出了一个自动测量平台，使表征纳米器件的电输运和光学光谱作为单轴应力的函数。我们提供对机械设备、基板设计和制造以及仪器控制软件的深入了解和详细描述，这些软件是在开源许可下提供的。该平台的能力是通过表征的InAs纳米线器件的压阻使用电输运和拉曼光谱的组合证明。该测量平台的优点突出了与最先进的InAs纳米线的压阻测量相比。我们设想，这种方法的系统应用将提供新的见解的物理纳米器件和新型材料的电子，从而有助于评估的潜力，应变作为纳米电子技术助推器。
2017-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Single molecule NMR detection and spectroscopy using single spins in diamond
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行纳米磁性测量，由于具有室温操作、纳米级分辨率和高灵敏度的综合特性，引起了人们极大的兴趣。纳米磁测量的重要目标之一是能够检测单个分子中的纳米级核磁共振（NMR）。我们的理论分析表明，如何在金刚石表面的单个分子，与特征的NMR频率，可以检测到使用一个接近NV中心的时间尺度上的顺序秒与纳米精度。我们执行时空分辨率优化，并概述了更高灵敏度的路径。此外，该方法适用于在低和相对不均匀的背景磁场中的应用，与传统的液态和固态NMR光谱相比。
2013-07-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Surface Analysis of High Entropy Alloy
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；Australian Research Council (ARC) Industrial Transformation Training Centre in Surface Engineering for Advanced Materials (SEAM)（澳大利亚研究理事会先进材料表面工程工业转型培训中心）；Melbourne Centre for Nanofabrication（墨尔本纳米制造中心）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学研究所）；Yokohama National University（横滨国立大学）；JST（日本科学技术振兴机构）；Indian Institute of Technology Hyderabad（印度理工学院海得拉巴分校）；Attocube Systems AG（阿托库贝系统股份公司）；ANSTO‒Australian Synchrotron（澳大利亚核科学与技术组织-澳大利亚同步辐射加速器）；Center for Physical Sciences and Technology（物理与化学科学研究中心）
利用纳米红外光谱技术对1微米厚高熵合金进行纳米级表面分析，发现其在900-1100 cm⁻¹波段的吸收和反射增强，与Drude-Lorenz模型一致，但可能由氧化物形成所致，同时探讨了极化分析在纳米红外光谱中的应用。
2026-03-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Using Electron Energy-Loss Spectroscopy to Measure Nanoscale Electronic and Vibrational Dynamics in a TEM
本文概述了TEM中高分辨率EELS的技术能力，并展望了超快EELS在结合原子级、元素特异与时间分辨测量以研究激发态现象方面的前景与挑战。
2023-05-11 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Ultrafast Electron Microscopy of Nanoscale Charge Dynamics in Semiconductors
Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；University of Geneva（日内瓦大学）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；University of Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究提出了一种名为电荷动力学电子显微镜（CDEM）的新技术，用于超快成像半导体中纳米尺度的电荷动力学，揭示了光-德默效应和电子-空穴分布的振荡。
2022-06-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Mechanical transmission of rotation for molecule gears and solid-state gears
将齿轮小型化到纳米级是一项艰巨的任务，对当前的制造技术提出了各种挑战。在上下文中，理解，通过计算机模拟，介导的纳米级齿轮之间的旋转运动的传输机制可以很大的帮助，以指导实验设计。基于原子分子动力学模拟，结合近刚体近似，分别研究了分子齿轮和固体齿轮之间的旋转运动传递。对于连续驱动下的分子齿轮，我们确定不同的制度的旋转运动取决于外部扭矩的大小。相比之下，固态齿轮表现得像理想齿轮，具有近乎完美的传动。此外，我们模拟了齿轮的扫描探针尖端的操作，我们发现，机械传输强烈依赖于齿轮之间的质心距离。为固态齿轮传动找到了一种新的传动方式。
2020-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Superresolution optical magnetic imaging and spectroscopy using individual electronic spins in diamond
金刚石中的氮空位色心是超分辨光学成像和纳米级磁场传感的主要形式。在这项工作中，我们解决了剩余的关键挑战，即选择性地对位于衍射受限视场内的多个NV中心进行光学磁成像和光谱分析。我们使用自旋RESOLFT显微镜，使精确的纳米尺度映射的磁场图案的分辨率下降到~20 nm，同时采用低功率的光耗尽束。此外，我们使用一个浅的NV证明检测质子核磁共振（NMR）信号外部的钻石，具有50 nm的横向成像分辨率，而不会降低质子NMR线宽。
2016-10-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
