双层复合式等离子纳米结构大幅增强光场
贵重金属纳米粒子能大幅增强电磁场,这个现象在非线性光学、操控微小物体以及生化感测等科技术领域有很多应用。最近英国曼彻斯特(Manchester)大学及艾赛特(Exeter)大学的研究人员开发出一种新的双层复合式等离子纳米结构(plasmonicnanostructure),这种由两个不同尺寸的圆盘堆栈而成的结构,能够更进一步增强电磁场。
研究团队的领导人曼大的Sasha Grigorenko表示,他们所设计的新结构是利用所谓的串级增强(cascadeenhance)方式增强电磁场,单一的贵重金属纳米粒子已能增强电磁场,但是他们证明加入第二个较大的纳米粒子后能增强更多。过去已有研究尝试在随机分布的纳米粒子的热区(hotspots)中达到串级增强,然而他们的新结构提供了更易于操控且更可靠的电磁场增强方式。他指出,这是一种共振作用,因此两个粒子的大小都必须调整到最佳值,以得到最大的电磁场。
研究团队使用电子束微影来制作他们的复合结构,并研究了两种不同的设计─直塔型(tower-type)结构与宝塔型(pagoda-type)结构,两种结构都能产生增强超过50倍的光场,这是由于电磁能量经由外观状似光学夫奈耳透镜(Fresnellens)的设计被传送至较小的纳米粒子,只不过这个透镜状结构是由纳米金粒子所构成。
研究人员在纳米构周围覆盖一层荧光染料,再以扫描式共焦显微镜(scanning confocalmicroscope)测量此结构被光照射后所发出的荧光,以得到场增强的讯息。他们扫瞄了显微镜的焦点位置,得到局域光强度分布图。
Grigorenko表示他们正计划制造三层复合纳米结构,理论预测这种结构还会进一步增强电磁场,然而他们所遇到的主要挑战将是如何在10-20nm这样小的区域内可靠地测量光场强度。