Yu-Lung Tang, Te-Hsin Yen, Kentaro Nishida, Chien-Hsuan Li, Yu-Chieh Chen, Tianyue Zhang, Chi-Kang Pai, Kuo-Ping Chen, Xiangping Li, Junichi Takahara & Shi-Wei Chu 

Nature Communications 2023, 14, 7213

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43063-y

台灣大學朱士維團隊的研究特色在於結合生物實驗中常用的共軛焦雷射掃描顯微鏡，來觀察金屬或半導體奈米結構，近年曾經發現雷射掃描能夠大幅提升其光學非線性以及解析度  (Phys. Rev. Lett. 112, 017402 (2014); Nat. Comm. 11, 3027 (2020); Nat. Comm. 11, 4101 (2020))。在最新的研究進展中，我們與清華大學陳國平、中國暨南大學李向平與日本大阪大學Junichi Takahara合作，發現在顯微鏡下聚焦光斑與奈米結構大小相近時，改變光斑與奈米結構的相對位置，會激發原本沒有的共振模態，我們稱之為「移位共振」(displacement resonance)。

其結果是造成一個相當違反直覺的現象：本來光與奈米結構的交互作用，包括吸收與散射，應該是當聚焦光點對正奈米結構中央時會最強，越遠離中心會越弱。但是由於移位共振的原因，反而當光聚焦點不是對準奈米結構正中央時，而是距離中心大約100奈米處，竟然會出現散射極大值（如附圖A,B）！這跟傳統用平面波入射的觀察結果完全不同（如圖C），而且更有趣的事情是吸收也跟著被影響，因此若要最有效率的激發吸收所造成的光熱非線性效應，也得把奈米結構與聚焦光斑的中心錯開。我們從實驗上證明其中一個應用場景是利用單一奈米顆粒進行全光學開關時，只要把光斑移開百奈米，就可以從正向開關變成負向，亦即透過空間移位改變全光學開關的符號（如附圖D，跟圖B相比原來亮的區域變暗，暗的區域變亮），這是以往從來沒有想到的可能性。此研究的重要性在於開啟了一個嶄新的空間維度，揭示當奈米結構與聚焦光斑的「移位」尺度相近時，會產生新的共振，增強交互作用。除了在基礎物理概念上有所突破之外，未來也有望應用在非線性光學、量子計算、與超解析顯微術的跨領域研究中。