声子极化子增强纳米红外对比成像平台。(A)基于金属尖端下方极性晶体基底的基底增强纳米红外对比成像平台草图。(B)在样品的红外共振附近和尖端诱导的近场共振附近的基底上观察到典型的 PIFM 光谱。(C, D)对样品的 (C) PITF 和基底的 (D) PIDF 进行成像的示意图，以及对沉积在 PIDF 占主导地位的基底上的分层样品进行成像的示意图，如 (A) 所示。
本项研究由南京大学化工学院生命分析化学国家重点实验室夏兴华教授牵头。在分析石英的红外光诱导力响应时，李建博士观察到一种独特的光谱响应，不同于远场红外吸收光谱。“光诱导力响应遵循石英介电函数的实部，而不是虚部。”李建博士说：“我们立即与理论家Junghoon Jahng博士讨论分析实验结果，我们一致认为，是石英独特的表面声子极化激元极大地增强了光诱导偶极力。”
为了验证这一结果，他们使用光热诱导共振 (PTIR) 和光诱导力显微镜 (PiFM) 比较了石英的光谱响应，结果表明光诱导偶极力 (PiDF) 主导石英的光诱导热力 (PiTF)。由于 PiDF 与尖端石英距离 (~z −4 ) 的关系比与 PiTF ( ~z −3 ) 的关系更明显，李健博士提出了一种对装载在石英顶部的超薄样品进行纳米红外对比成像的通用方法。超薄样品的介电常数实部为正(弱振荡器)，预计在其红外 (IR) 共振附近会表现出弱的 PiTF 和 PiDF。然而，预计在石英基板的尖端诱导近场共振附近会发生显著的 PiDF 变化。这些光谱区别有助于纳米红外成像的对比度。值得注意的是，与样品的 PiTF 相比，石英上的 PiDF 响应随样品厚度表现出更明显的信号变化。对于超薄样品，石英上的 PiDF 成像与样品 PiTF 的纳米红外对比成像相比，呈现出相反的对比度和增强的灵敏度。
该团队使用在石英基底上制备的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 楔形物来演示基底增强的纳米红外对比度成像。结果提供了明确的证据，表明 PiDF 可用于在纳米腔几何结构下对超薄样品进行灵敏的纳米红外成像，并具有更高的对比度和灵敏度。
研究人员进一步应用纳米红外成像方法可视化了嵌段共聚物膜下的薄共价有机框架层和亚表面缺陷。他们假设，通过选择合适的表现出声子极化子/静止线带的红外材料，用户可以实现特定晶体、聚合物分子以及已知振动模式频率的生物分子的高分辨率纳米成像。