扫描隧道显微镜（STM）针尖发射的隧道电流，可通过非弹性电子隧穿过程激发样品，并诱导光发射（电致发光）。由于隧穿电流具有高度的空间局域性，STM诱导的光发射提供了一种在原子尺度上研究电-光转化的可能性，从而加深人们对发光机理的微观理解，对未来研究和调控纳米光电器件的性能至关重要，因此近些年来这类研究受到了越来越多的关注。然而，以往大部分研究主要集中在金属和分子体系，而对于光电器件至关重要的半导体材料却非常稀少，其主要原因在于半导体的自由载流子浓度远小于金属，针尖-样品间等离激元的增强效应很弱，导致光发射效率大大降低。
最近，北京大学江颖课题组利用自行研制的超高真空低温（5 K）STM研究了金红石TiO2（110）表面上等离激元增强的光发射。通过特殊的光学系统设计，他们显著提高了STM隧道结发射光子的收集效率，为探测半导体表面极弱的光发射提供了必要条件。研究表明，STM探针和TiO2样品导带或者缺陷态之间的非弹性电子隧穿激发了针尖-样品间等离激元，发射的光子来源于等离激元的辐射衰减。不同于金属性的Au(111)表面，TiO2样品发射光子能量的最大值和所加偏压之间并非线性相关，表明STM探针在靠近TiO2表面时会诱导能带边和缺陷态往费米能级附近移动。进一步，研究人员利用不同针尖高度下获取的微分电导谱（dI/dV）揭示了隧穿过程中金属探针的镜像电荷效应是引起带边移动的根源。
这项工作表明STM的探针对半导体表面的光发射有不可忽视的影响，为理解半导体表面等离激元增强的光发射提供了新的思路。同时，这些结果也提供了一种新的方式来调控半导体材料光发射的波长范围。此外，该工作还表明了镜像电荷效应在等离激元调制的金属-半导体界面电荷转移中的重要作用。
图（a）STM针尖诱导TiO2(110)表面发光的示意图。图（b）和（c）分别为TiO2样品在正负偏压下光发射机制的示意图。图（d）为不同偏压下TiO2表面缺陷位置的光发射谱。图（e）发射光子能量的最大值随偏压的变化。图（f）为导带边和缺陷态上边界的能量位置随偏压的变化。