Study of the Fabrication Techniques and Chiroptical Responses of Metal Micro/Nanostructures

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ft4200770
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近年来,由于手性等离激元在现代科学和技术领域中表现出的新颖特性,研究者已经对其进行了广泛的研究。但自然界存在的手性材料的手性较弱,研究人员设计了可以增强其信号的人工手性金属纳米结构。手性纳米结构在现代光电子器件和生物传感器的小型化中发挥了重要作用。这些超材料表现出一些有趣的现象,例如圆二色性(CD)、旋光色散和非对称传输。其中CD是指左旋圆偏振光和右旋圆偏振光经过手性结构的吸收或透射差异。CD光谱法可用于生物医学检测,蛋白质和DNA的二级和三级结构探测等。为了满足潜在应用所需,制备具有强光学手性的人工等离激元超材料是必不可少的。所以,本论文设计了不同的结构来获得具有高CD响应的手性纳米结构。本文的主要工作如下:(1)提出了由银材料制成的纳米棒与纳米膜组成的手性微纳结构(CPNs),并且用倾斜角沉积(GLAD)方法制备了 CPNs。制成的CPNs在可见光和近红外光照射下产生了很强的CD信号,在约600nm的波长处观察到强的信号。在GLAD方法中,通过控制基板的掠入角,改变纳米膜的面积进而来调节CD信号。并且当纳米膜的面积增大时,CD强度也随之增加并且红移。(2)提出了双层银纳米结构,在其下层设置手性L形纳米结构,在上层相对于手性L形纳米结构的长臂或短臂位置设置非手性纳米棒,并与上层耦合。由于可见光和近红外区域中两层的多极和偶极共振模式之间的强耦合,该结构产生了巨大的CD信号。另外,应用GLAD技术,通过调控基底的方位角实现双层银纳米结构的制备。随着非手性纳米棒位置的变化,观察到CD信号出现异常反转,并且由于多极共振模式的产生,短波长范围的CD强度增加了四倍。实验中,非手性纳米棒的位置可以通过控制基底的方位角来调节。这项研究为手性L形纳米结构和非手性纳米棒之间的耦合强度的变化提供了解释。该结果可为设计传感设备的手性-非手性复合纳米结构提供帮助。(3)通过在单层聚苯乙烯纳米小球顶部沉积金属膜,从而形成扇形手性纳米结构(FCN)。所制造的FCN可产生强圆二色性信号,该CD信号在可见光和近红外区域表现出三种共振模式。通过改变金属膜的厚度或聚苯乙烯纳米小球的大小,即扇形膜的面积,调控CD信号,所生成的CD可以达到初始值的13倍。该结构展现出对CD信号调控的巨大能力。(4)提出了一种手性扭曲的纳米线阵列,由具有不同手性的L形线组成,并以一种交替的方式连接在一起。利用COMSOL Multiphysics的射频模块对纳米线阵列进行了理论研究。纳米线阵列产生了强的CD信号,在可见光和近红外区域有三种强共振模式。通过改变纳米线不同部分的结构参数,CD信号的强度会有一定规律的增加,其共振峰位置会发生红移。手性扭曲的纳米线结构为有效地调控CD信号的强度和波长位置提供了更大的可能。该结构设计简单,可通过电子束刻蚀和物理气相沉积技术制备。并且,这种新颖的手性纳米结构有望在生物传感、医学和现代微/纳米光电子器件等领域应用。
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