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中国科大发现源于纳米天线效应的新电光现象
  文章来源:科学时报 作者 杨保国 发布时间:2010-01-27 【字号: 小  中  大   

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室单分子物理化学研究团队的科研人员最近发现,当无线电通信天线尖端尺寸减少到纳米量级,并非常接近另一金属表面而形成一个纳米腔室时,就可以利用局域等离激元共振模式的调控来对腔内荧光体的发光特性进行有效控制,在光频区实现新奇的电光效应:电致热荧光、上转换发光和“彩色”频谱调控。这一研究成果发表在今年1月出版的国际学术期刊《自然—光子学》上,同时“自然中国”网站以《光子学:禁止之光》为题介绍了该项工作。审稿者一致认为,该工作是纳米光子学领域的一个重要新进展,将引起光子学领域研究人员的广泛关注。

据中国科技大学教授董振超介绍,等离激元光子学是纳米光子学的重要组成部分,是近年来研究十分活跃的一门新兴光学分支,在生物传感、显微成像、光源制作、纳米光电集成等技术中有着广阔的应用前景。最近几年,随着制作纳米结构的纳米光刻技术日趋成熟,探索基于表面等离激元电路的纳米光电集成技术成为研究热点,其目的在于突破当今纳米级电子器件与微米级光子器件集成时尺寸上的不匹配限制,将微纳电子学的高集成度与光子学的高速高容量的优势在纳米尺度上加以融合。这种融合除了利用等离激元波导作为光子互连元件外,如何在纳米尺度上利用等离激元的有效调控,实现电光转换以及光学信息的产生、放大和检测,是富有挑战性但又急需解决的科学技术问题。

在科技部重大科学研究计划、国家自然科学基金、中科院知识创新工程项目的资助下,中国科技大学教授董振超、侯建国等科研人员通过成功研制融合扫描隧道显微技术(STM)和光学检测技术于一体的联用系统设备,对纳米光子学的这一崭新课题进行了探索。他们利用STM金属探针与衬底之间的纳米腔室作为荧光发射的共振腔(相当于一种纳米天线结构),并巧妙地通过纳腔等离激元共振模式的频谱调控,来实现分子发光频率与强度的有效控制。作为审稿者的国际同行专家称:“这项工作的最重要之处,在于作者的发现远远超越了该领域以往的报道。”例如,他们发现的无驰豫热荧光现象和能量上转换发光现象,在传统的分子发光光谱和常规共振腔中是观察不到的,突破了常规分子发光所遵循的“弗兰克—康登分布原理”等。更重要的是,这些发现及其隐含的物理机制揭示了局域的纳腔等离激元场可以作为一种近场相干光源,在光电耦合与转化过程中起着至关重要的调控与放大作用,为纳米光电集成提供了新的知识和思路。此外,这种纳米尺度上的电激发光源,对于高分辨成像与谱学检测、等离激元激光器以及未来纳米器件中的相干控制等技术的发展都是至关重要的。

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