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科学家们用光探测金纳米盘中的声学调谐

发布时间:2019-10-12 22:17:31

莱斯大学的研究人员(从最前面顺时针方向)Man-Nung Su,Wei-Shun Chang和Fangfang Wen发现了一种通过对纳米颗粒附着的表面进行轻微调整调谐纳米颗粒光致震动的新的方法。(来源:莱斯大学)

在一项可以打开光子学从分子检测到无线通信的新应用大门的研究中,莱斯大学的科学家们发现了一种调谐纳米颗粒光致震动的方法,该方法通过对纳米颗粒附着的表面进行细微的改变。

在本周的《自然通讯》发表在网上的文章中,莱斯大学的纳米光子学实验室(LANP)的研究人员用超高速激光脉冲诱导进纳米盘中的原子进行震动。这种称为声学声子的震动模式,具有与纳米颗粒尺寸直接相关的特征频率。研究人员发现他们可以通过改变纳米盘吸附所附着的材料的厚度对颗粒的声学响应进行微调。

“我们的研究结果直接指明了一种通过调整附着层厚度在千兆赫兹范围内调整纳米结构声学声子频率的方法,”首席研究员,化学和电子与计算机工程助理教授Stephan Link说。

光没有重量,但是一个光子撞击在物体上会产生赋予物体极少量的机械运动,这是由于一个称为辐射压力的现象。一个称为光电机械的物理分支在过去时间中发展起来,用于研究和将辐射压力应用于如同引力波探测和制造低温这样的应用。

Link和他在LANP的同事们专门研究称为等离基元光学的专注于研究光活化纳米结构的科学分支。等离子体是像金属表面的流体一样的电子波。

当特定波长的光脉冲撞击一个像LANP的实验中圆盘形金纳米盘一样的金属颗粒时,光的能量被转化为等离子体。这些等离子体以一种特征频率震动过颗粒表面,很大程度上与每个光子具有一个特征震动频率类似。

这项研究的第一作者Wei-Shun Chang,Link的实验室中的一个博士后研究员,以及研究生Fangfang Wen和Man-Nung Su做了一系列实验,展示了等离子体的谐振频率与暴露在激光脉冲下的纳米盘中声子的频率具有直接的联系。

“用一段短光脉冲加热纳米结构会产生对结构的维度敏感的声学声子,”Link说。“由于先进的微影技术,实验人员可以非常精确地设计电浆子纳米结构。基于我们的结构,电浆子纳米结构会呈现一种传统光机械振子的有趣的替代品。

Chang说,当使用电子束微影技术表征电浆子时,电浆子专家通常依赖于基材。例如,实验中使用的金纳米盘不会附着在载玻片上。但如一薄层钛或铬基材加在玻璃上,纳米盘就会附着在它们被放置的位置。

“基材层会影响纳米结构的机械性能,但是当问到为什么会这样时还有很多问题,”Chang说。“我们的实验研究基材厚度如何影响附着和声子频率这样的性能。”

Link说这样研究是来自莱斯大学和澳大利亚维多利亚的墨尔本大学的共同努力。

“我的实验室的Wei-Shun和Man-Nung做了超高速图谱,”Link说。“在莱斯大学Naomi Halas小组的Fangfang制作了纳米盘。墨尔本大学的John Sader和他的博士后Debadi Chakraborty计算了声学模式,来自Peter Nordlander小组的Yue Zhang,一个莱斯大学的研究生模拟了光/电浆子性能。莱斯大学Lande研究小组的Bo Shuang贡献了实验数据的分析结果。

这项研究是由Robert A. Welch基金会和国防部多大学研究计划赞助。其他共同作者包括Zhang,Shuang,Nordlander和Halas,他们都来自莱斯大学;还有Chakraborty和Sader,都来自澳大利亚维多利亚墨尔本大学。

资讯来源:

上述资讯基于莱斯大学提供的材料。原文由Jade Boyd撰写。注意:材料被编辑到合适的内容和长度。

参考文献:

1.Wei-Shun Chang, Fangfang Wen, Debadi Chakraborty, Man-Nung Su, Yue Zhang, Bo Shuang, Peter Nordlander, John E. Sader, Naomi J. Halas, Stephan Link. Tuning the acoustic frequency of a gold nanodisk through its adhesion layer. Nature Communications, 2015; 6: 7022 DOI: 10.1038/ncomms8022

新材料在线编译整理——翻译:田云 校正:摩天轮

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