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低对称性金属纳米晶的局域表面等离激元调控研究取得重要进展

( 2016-05-12 )

  近日,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和化学与材料科学学院的曾杰教授课题组在低对称性金属纳米晶的局域表面等离激元调控研究上取得重要进展。研究人员基于晶体生长的动力学调控和不同金属间的晶格失配成功构筑具有低对称性的Pd@AuCu核-壳平面四角叉结构,并实现对其局域表面等离激元面内偶极振动模的位置从可见光区到近红外区的范围内的精确调控。由于存在丰富的局域场“热点”,该纳米晶还具有优越的表面增强拉曼散射性能。该成果以“Integration of Kinetic Control and Lattice Mismatch to Synthesize Pd@AuCu Core-Shell Planar Tetrapods with Size-Dependent Optical Properties”为题发表在5月11日的《纳米快报》杂志上[Nano Letters, 2016, 16, 3036-3041]。论文的共同第一作者为硕士生孟敏和硕士生方智成。

  

  

  Pd@AuCu核-壳平面四角叉结构及其局域表面等离激元性能

  对称性可以调制金属纳米晶的表面电荷分布以及自由电子极化,从而影响其局域表面等离激元性能。一般说来,相较于立方对称性的多面体结构,低对称性的平面结构通常具有更为丰富的振动模式,例如面内和面外偶极振动模式。在诸多平面结构的金属纳米晶中,平面分支结构在棱角处具有较强的局域电场,可以有效实现光电增益,因此在局域表面等离激元的相关应用中具有重要作用。然而,平面分支结构的形成需要选择性将分支结构的生长限制在二维平面内,因此具有很大的挑战性。

  为此,研究人员以Oh对称性的Pd立方体为晶种,通过调控反应动力学以及核壳之间的晶格失配程度得到D4h对称性的Pd@AuCu核-壳平面四角叉结构。通过调控该纳米晶的尺寸,研究人员能够将其局域表面等离激元面内偶极振动模的位置从可见光区拓展到近红外区。与此同时,该纳米晶的分支特征使其在棱角处的局域电场形成相互耦合的“热点”结构,从而极大的提升了材料的表面增强拉曼散射性能,其中,尺寸为70 nm的平面四角叉结构的增强因子达到近104倍,这在分子的超灵敏度检测方面有一定的应用潜力。该项工作为低对称性金属纳米晶的局域表面等离激元性能调控研究提供了全新的思路。

  该项研究得到了科技部青年973计划和国家自然科学基金等项目的资助。


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