合肥物質(zhì)科學(xué)研究院在超寬帶金屬等離激元天線的開發(fā)上取得重要突破

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體研究所納米材料與器件技術(shù)研究部在超寬帶金屬等離激元天線的開發(fā)上取得了重要突破。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters上。
 

　　光譜失諧是指等離激元天線的響應(yīng)頻率與外部施加的光譜范圍不匹配時(shí)，導(dǎo)致信號(hào)增強(qiáng)效果減弱或失效的現(xiàn)象，該現(xiàn)象在中紅外波段(400-4000 cm-1)普遍且無(wú)法避免。例如，在共振表面增強(qiáng)紅外吸收(rSEIRA)模式下，金屬天線.0的窄帶寬與分子指紋振動(dòng)頻率無(wú)法完全匹配，導(dǎo)致大部分信號(hào)弱增強(qiáng)或者無(wú)增強(qiáng)，使得檢測(cè)效率低下。
 

　　為此，研究團(tuán)隊(duì)采用了一種新型的低溫孵育合成法，制備了均勻的銀微米超粒子。這些微粒呈準(zhǔn)球形，平均直徑為0.97微米，表面由大量納米間隙和納米突觸組成，被稱為“熱點(diǎn)”。通過(guò)等離激元耦合效應(yīng)，該銀微粒的等離激元帶寬顯著擴(kuò)展，覆蓋了整個(gè)中紅外波段，成功克服了光譜失諧。進(jìn)一步通過(guò)形貌優(yōu)化，銀顆粒的熱點(diǎn)質(zhì)量得到大幅提升。將該銀微粒作為金屬等離激元天線，研究團(tuán)隊(duì)首次在共振表面增強(qiáng)紅外吸收模式下成功探測(cè)到了4-巰基苯甲腈的幾乎完整的分子指紋光譜;進(jìn)一步測(cè)量不同必需氨基酸的rSEIRA光譜，發(fā)現(xiàn)其在機(jī)器學(xué)習(xí)算法的輔助下展示出高光譜識(shí)別度。研究結(jié)果表明制備的銀微米超粒子對(duì)分子指紋振動(dòng)的全頻段均能高效檢測(cè)。
 

　　該研究不僅改變了對(duì)中紅外金屬等離激元天線“帶寬窄、尺寸大但熱點(diǎn)面積小”的慣性認(rèn)知，還為超靈敏中紅外光學(xué)傳感材料的研發(fā)與應(yīng)用提供重要指導(dǎo)。
 

　　上述研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。