摘要： 表面等离子体激元催生了广泛应用，从分子传感器[1]、新型电路设计[2]到具有特殊光学性质的超材料制备[3]。其中局域表面等离子体激元(LSPs)尤为重要——它们被限制在纳米颗粒表面时，能显著增强纳米结构附近的电磁场。由于LSPs通常局限于纳米尺度，透射电子显微镜(TEM)成为绘制这些电荷振荡的理想工具。目前研究等离子体振荡的主流方法是电子能量损失谱(EELS)，通过测量探针束在不同LSP能量下的能量损失概率来绘制选定共振模式的强度分布。在非相对论近似下，这种能量损失源于激发等离子体共振沿光轴方向的电场分量（原则上还包括垂直于光轴的磁场分量），因此无法获取观测平面（即垂直于光轴方向）的电场信息。而差分相位衬度(DPC)技术[4,5]恰好能研究这一分量——该技术利用电磁场中电子受洛伦兹力偏转的特性：沿光轴的偏转会改变电子动能（反映在EELS中），垂直于光轴的偏转则仅改变电子动量方向（一阶近似下保持动量大小不变），从而引起电子动量分布偏移。透射电子经过纳米结构后，其最终动量分布在TEM衍射平面可被精确测量。通过与无场参考测量对比，透射束位移量与电子轨迹沿线场积分成正比。本研究采用MNPBEM工具箱[6,7]模拟了200×50×50 nm3银纳米棒对电子束的等离子体响应（见图1）。基于表面电荷电流数据，我们计算了不同等离子体模式的EELS图谱（图1）及平行于纳米棒方向的平面内偏转（图2）。EELS图谱显示前两个模式（分别具有双峰和三峰结构）的典型激发概率，平面电场分量总体呈现相似分布（但局部极值较不明显）。DPC偏转与电场分布高度吻合，纳米棒中心区域的微小差异可归因于DPC偏转的累积效应及延迟效应。图2中300 keV能量下的DPC偏转绝对值约为0.1微弧度，虽然微小，但采用最新TEM设备配合大相机长度和/或LACBED技术应可测量。此外，降低加速电压等方法可增强偏转效应。本研究表明：结合DPC与EELS技术，利用先进TEM设备完全可能测定等离子体产生的电磁场全部三个分量，这将为理解和设计新型等离子体器件开辟新途径。