物理所表面等離子體光子學(xué)研究取得新進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所、北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的徐紅星小組在表面等離子體光子學(xué)研究中取得新進(jìn)展。他們的工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)科學(xué)院知識(shí)**工程的資助。
表面等離子體共振是金屬納米結(jié)構(gòu)非常獨(dú)特的光學(xué)特性，對(duì)基于表面等離子體共振的納米結(jié)構(gòu)體系的研究已形成了國(guó)際上迅猛發(fā)展的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，即表面等離子體光子學(xué)。金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體激發(fā)能夠產(chǎn)生非常特殊的光電性質(zhì)，例如，微量的分子吸附就可以導(dǎo)致表面等離子體共振頻率的改變;一些特殊的納米結(jié)構(gòu)也可導(dǎo)致局域光電場(chǎng)的顯著增強(qiáng)，這使得所吸附分子的拉曼散射強(qiáng)度增強(qiáng)幾個(gè)至十幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使表面拉曼光譜的探測(cè)靈敏度達(dá)到單分子水平。表面等離子體光子學(xué)包含非常廣泛的研究?jī)?nèi)容。隨著納米科學(xué)的發(fā)展，以表面等離子體共振為基礎(chǔ)的研究日益活躍，并派生出眾多的研究分支，例如表面光電場(chǎng)增強(qiáng)、表面增強(qiáng)光譜、光透射增強(qiáng)、表面等離子體納米波導(dǎo)、光學(xué)力增強(qiáng)、表面等離子體光催化、表面增強(qiáng)的能量轉(zhuǎn)移及選擇性光吸收等等。這些研究不但發(fā)現(xiàn)許多新現(xiàn)象和提出許多新問題，而且展示了巨大的應(yīng)用前景，有望為納米表征技術(shù)和基于其的傳感器技術(shù)新原理和新方法，進(jìn)而發(fā)展為具有超高檢測(cè)靈敏度的新型表面等離子體和表面增強(qiáng)光譜傳感器。
近，該研究組的研究生魏紅等與美國(guó)Rice大學(xué)教授Peter Nordlander合作，研究了金的納米線和納米顆粒耦合的結(jié)構(gòu)中拉曼散射的增強(qiáng)隨偏振的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)當(dāng)入射激光偏振方向垂直于納米線時(shí)，在納米線和納米顆粒之間的間隙可以產(chǎn)生巨大的電磁場(chǎng)增強(qiáng)，并且該增強(qiáng)對(duì)納米顆粒的形狀變化并不敏感。利用等離子體雜化模型，計(jì)算了該體系的電場(chǎng)強(qiáng)度隨偏振的變化關(guān)系，計(jì)算結(jié)果揭示局域等離子體與傳播等離子體間的相互作用的關(guān)系，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。在該工作中**提出了在表面增強(qiáng)拉曼散射中拉曼發(fā)射增強(qiáng)與入射激光的偏振無關(guān)，而局域電場(chǎng)增強(qiáng)則隨入射偏振有cos2θ的依賴關(guān)系，因而總體的拉曼增強(qiáng)與入射偏振角度是cos2θ的關(guān)系。該工作發(fā)表在近期的Nano Lett (8, 2497-2502, 2008)上。
另外，他們與瑞典Lund大學(xué)的專家合作，研究了金的納米顆粒-孔洞對(duì)的新穎納米結(jié)構(gòu)對(duì)拉曼信號(hào)的增強(qiáng)作用。盡管納米顆粒-孔洞結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生與納米顆粒對(duì)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)效果，但由于納米顆粒位于孔洞中，有效增強(qiáng)的區(qū)域要比兩個(gè)顆粒間的增強(qiáng)的區(qū)域大一個(gè)量級(jí)。還有，納米的孔洞結(jié)構(gòu)便于生物功能化處理。因此，該新結(jié)構(gòu)將為生物體系的表面增強(qiáng)拉曼傳感器研究更為理想的基底。該工作發(fā)表在近一期的Small (4, 1296-1300, 2008)上。**關(guān)鍵詞：等離子、光譜儀器、拉曼光譜
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