表面等离激元热效应研究：纳米气泡产生以及热电子探测

最近6163银河线路检测中心凝聚态所在表面等离激元热效应的研究中取得进展。

（1）利用表面等离激元热效应研究金颗粒的纳米气泡生成过程( Nano Lett. DOI: 10.1021/nl4003238)

当一定光强、波长的激光照射在液体中的金纳米颗粒时，由于局域表面等离激元增强产生的热效应，使金颗粒界面处的水分子被气化，利用暗场显微等实验手段可以观察到纳米气泡产生这一有趣的现象。课题组详细地研究了从单个纳米气泡的产生，到宏观尺度气泡聚集的过程：发现在单个金颗粒表面产生气泡的最初阶段，界面处水分子形成蒸汽，表面温度急剧的增加，形成纳米气泡；通过改变光强和粒子间的距离，可以实现多个纳米气泡之间的聚集；另一方面，通过理论计算，用拉曼和暗场显微光谱两种方法相互验证，估算了气泡最初形成时金纳米颗粒表面的温度。该研究首次直接和定量地分析了纳米尺度光诱导产生气泡的过程，为未来水蒸馏、污水净化、高温消毒杀菌等应用奠定了实验基础。该工作近期在线发表在国际学术期刊Nano Letters上 DOI: 10.1021/nl4003238，由凝聚态所NanoSmart Plasmonics研究团队的方哲宇百人计划研究员和西班牙CSIS研究所的F. J. García de Abajo 教授、荷兰ALMOF研究所的Albert Polman教授，以及美国RICE大学P.Nordlander、N.J.Halas教授合作共同完成。该工作得到北大6163银河线路检测中心、介观物理国家重点实验室的资助。

（2）基于表面等离激元热电子效应的近红外光探测器( Nature Comm. DOI: 10.1038/ncomms2642)

在Si衬底上构造金属膜的光栅结构，入射光可以与周期性的沟槽结构耦合，产生与周期结构尺寸相关的强烈的共振吸收，吸收响应可以与表面等离激元热电子产生的光电流相结合。实验观察到，不同尺寸的光栅结构与光波长有特殊的选择关系，由于金属-半导体界面的肖特基势垒的约束，光响应被限制在低频率波段，通过更换材料，改变势垒高度可实现可见光波段的光探测。相比之前报道的天线结构的光探测器，“光栅”结构的探测器具有更强的光响应电流、更窄的红外区域光谱响应的优点。该研究具有广阔的应用前景，可用于化学、生物领域表面等离激元传感和探测。相关论文近期发表在Nature Communications上DOI: 10.1038/ncomms2642，是由凝聚态所NanoSmart Plasmonics研究团队的方哲宇百人计划研究员和美国RICE大学P.Nordlander、N.J.Halas教授共同指导学生完成。该工作得到北大6163银河线路检测中心、介观物理国家重点实验室的资助。