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可调节纳米天线能改变光性质

导读: 纳米纹理表面就像一种预编程序,入射光与表面相互作用后,光的性质就会发生改变。

  最近,美国伊利诺斯大学厄本那—香槟分校一个研究小组开发出一种新奇的可调节纳米天线,利用电子扫描显微镜操控的等离子场增强产生机械运动,改变纳米天线间隙,使之重新排列组合。这也为将来开发新型等离子光机系统铺平了道路。

  等离子纳米天线具有纳米纹理的表面,能在深亚波长范围约束和增强电场,正在显出越来越多的优势。负责该研究的机械科学与工程副教授基曼尼·图森特说:“纳米纹理表面就像一种预编程序,入射光与表面相互作用后,光的性质就会发生改变。我们的方法是用已制作好的纳米阵列结构,在电子扫描显微镜下对阵列进行调整,实现对等离子光学性质进一步重组。因此人们能在制作好之后而不是之前,决定所需的纳米结构来改变光。”

  研究人员开发的纳米天线称为柱-领结纳米天线(p-BNA)阵列模板,每根直径约250纳米,用金制作成领结状柱块,“领结”下垫有500纳米高的玻璃柱。单个p-BNA间隙大小可调节缩小约5纳米(比用目前传统的电子束平印技术所能达到的要小4倍)。

  实验显示,标准扫描电子显微镜(SEM)发出的一个电子束,可以让单根或多根p-BNA子阵列以60纳米/秒的速度变形。论文第一作者、该校电力与计算机工程博士布莱恩·洛克斯沃西说:“我们观察到,在电子的激发下,等离子模推动纳米天线出现了明显变形,这在金粒子之间造成了纳牛(10的负9次方牛)级别的受力差异。”研究小组认为,p-BNA柱高度与厚度比例为4.2,相对较高,再加上周围有大量的热,这让它们能服从电子束引起的纳牛级别的微小力差而产生运动。

  研究人员指出,本研究的重要性有三方面:一是纳米天线的光(等离子)反应调节深入到单根天线水平;二是在传感和纳米粒子操控方面,能带来具有唯一空间定位地址的纳米光子设备;三是为研究机械、电磁和热力现象提供了一个纳米级别的平台。

  “我们的制造过程是一种创新性的方法。”研究小组的阿布多·布雅说,“在扫描电子显微镜(SEM)下制造等离子纳米天线结构,克服了传统平版印刷技术的近似缺陷,能可控地将纳米天线间隙减小5纳米。这种新的制造技术,也为其他众多领域的研究开辟了新途径。”

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