[发明专利]一种表征纳米级厚度的范德华晶体光学各向异性的方法

摘要

本发明提供了一种表征纳米级厚度的范德华晶体光学各向异性的方法，通过使用散射型扫描近场光学显微镜(s‑SNOM)在范德华晶体中激发寻常及非寻常波导模式，并对这些波导模式进行近场成像，进而通过对近场图像的分析求得所测范德华晶体的光学各向异性。这一方法克服了传统表征手段对样品大小的限制，能够对单轴及双轴范德华晶体材料的光学各向异性进行精准的表征。

主权项

一种表征纳米级厚度的范德华晶体光学各向异性的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将被测样品置于SiO2/Si基底上，使被测样品的一条直边平行于散射型扫描近场光学显微镜针尖的悬臂梁；S2：使散射型扫描近场光学显微镜针尖沿垂直于针尖悬臂梁的方向扫描被测样品，依次扫描四个具有不同厚度的被测样品，得到近场图像；S3：对步骤二得到的近场图像分别进行傅里叶变换，求得对应于不同厚度样品的动量空间谱图，由图中读取寻常及非寻常波导模式的表观波矢值KTE及KTM；S4：根据公式(1)βo，e＝kTE，TM‑k0 cosαsinβ以及步骤三所得的表观波矢求得各个波导模式的真实波矢βo及βe，其中，βo为寻常波导模式的真实波矢，βe为非寻常波导模式的真实波矢，α为入射波矢K0与被测样品平面的夹角，β为K0在被测样品平面的投影Kxy与针尖悬臂梁之间的夹角；S5：将步骤四求得的对应各个厚度的被测样品的真实波矢βo及βe分别带入寻常波导模式的公式(2)和非寻常波导模式公式(3)，通过数值解出被测样品的面内介电常数ε⊥及面外介电常数ε∥，由此被测样品的光学各向异性由其介电张量表示，介电张量由公式(4)表示；其中，公式(2)、公式(3)、公式(4)如下所示：ϵ⊥k02-βo2d=tan-1(βo2-k02ϵ1ϵ⊥k02-βo2)+tan-1(βo2-k02ϵ2ϵ⊥k02-βo2)+mπ---(2)]]>ϵ⊥ϵϵk02-βe2d=tan-1(βe2-k02ϵ1ϵ⊥ϵ⊥ϵϵk02-βe2ϵ1)+tan-1(βe2-k02ϵ2ϵ⊥ϵ⊥ϵϵk02-βe2ϵ2)+nπ---(3)]]>其中，k0表示真空波矢，k0＝2π/λ，ε1及ε2分别是空气和被测样品的介电常数，d为样品厚度，m、n分别为寻常波导模式和非寻常波导模式的阶数。