表面等离激元热效应研究：纳米气泡产生以及热电子探测

最近太阳成集团tyc234cc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。该工作得到北大太阳成集团tyc234cc、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。该工作得到北大太阳成集团tyc234cc、介观物理国家重点实验室的资助。