Visualizing ultrafast photothermal dynamics with decoupled optical force nanoscopy.
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DOI：
10.1038/s41467-023-42666-9
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发表时间：
2023-11-10
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhao, Yang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Hanwei;Meyer, Sean M.;Murphy, Catherine J.;Chen, Yun-Sheng;Zhao, Yang
纳米材料中的光热效应是由共振光吸收引起的，在生物医学、癌症治疗和显微技术中有着广泛的应用。尽管普遍存在，但光吸收纳米颗粒的光热效应通常是通过整体测量来评估的，忽略了近场效应。除了标准的成像和治疗用途外，纳秒瞬时光热效应已被用于细菌灭活、神经刺激、药物输送和化学合成。虽然扫描探针显微镜和电子显微镜提供了光热场的单粒子成像，但它们的缓慢速度将观测限制在毫秒或秒，从而阻止了纳米级的动态研究。在这里，我们介绍了去耦合光力纳米显微镜(DOFN)，通过利用对时间调制的独特的相位响应来实现光热力的纳米级映射。我们利用光热效应的反向作用来区分调制周期内的不同时间帧。这使得我们能够捕捉到单个金纳米棒在纳秒范围内的动态光热过程，为在纳米尺度上了解非静态热扩散提供了洞察力。在深入了解材料洞察力的基础上，作者介绍了“去耦合光力纳米显微镜”。这一创新揭示了光诱导力的物理起源，并以无与伦比的纳米精度捕捉动态热细节。
The photothermal effect in nanomaterials, resulting from resonant optical absorption, finds wide applications in biomedicine, cancer therapy, and microscopy. Despite its prevalence, the photothermal effect in light-absorbing nanoparticles has typically been assessed using bulk measurements, neglecting near-field effects. Beyond standard imaging and therapeutic uses, nanosecond-transient photothermal effects have been harnessed for bacterial inactivation, neural stimulation, drug delivery, and chemical synthesis. While scanning probe microscopy and electron microscopy offer single-particle imaging of photothermal fields, their slow speed limits observations to milliseconds or seconds, preventing nanoscale dynamic investigations. Here, we introduce decoupled optical force nanoscopy (Dofn), enabling nanometer-scale mapping of photothermal forces by exploiting unique phase responses to temporal modulation. We employ the photothermal effect’s back-action to distinguish various time frames within a modulation period. This allows us to capture the dynamic photothermal process of a single gold nanorod in the nanosecond range, providing insights into non-stationary thermal diffusion at the nanoscale. Diving deep into material insights, the authors introduce the ‘Decoupled Optical Force Nanoscopy’. This innovation uncovers the physical origins of light induced forces and captures dynamic thermal details with unparalleled nanometer precision.
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