近日，國(guó)家納米科學(xué)中心研究員劉新風(fēng)和研究員張勇課題組合作，利用陽(yáng)極氧化鋁模板與金納米顆粒組裝，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于無(wú)偏振選擇性二次諧波產(chǎn)生的等離激元納米球-碗結(jié)構(gòu)英寸級(jí)陣列的制備。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。 

等離激元納米結(jié)構(gòu)可以通過(guò)將電磁波限域在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)的體積中進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)線性和非線性光學(xué)過(guò)程的操控，其在超分辨探測(cè)、光捕獲與發(fā)射、光力操縱等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，引發(fā)學(xué)界的研究興趣。 

該研究中，研究人員通過(guò)自下而上的簡(jiǎn)便方法，制備出基于金屬-電介質(zhì)-金屬結(jié)構(gòu)的等離激元納米結(jié)構(gòu)陣列，并在該陣列中實(shí)現(xiàn)了等離子體增強(qiáng)的二次諧波產(chǎn)生。研究人員通過(guò)兩步陽(yáng)極氧化法制備周期性碗狀結(jié)構(gòu)模板，并將其與利用溶液法生長(zhǎng)的金納米顆粒進(jìn)行組裝，以此代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高成本微加工工藝，這為設(shè)計(jì)并制備大面積低維等離激元器件提供了一種更便捷的策略。該研究通過(guò)結(jié)構(gòu)單元組裝，實(shí)現(xiàn)了面內(nèi)各向同性的單元結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)非線性晶體中受到的偏振各向異性限制。結(jié)合傾斜角依賴和傅里葉角分辨的光譜測(cè)試，在大傾斜角激發(fā)條件下，該結(jié)構(gòu)的非線性轉(zhuǎn)換效率仍可保持有效，這來(lái)源于球-碗結(jié)構(gòu)的幾何匹配關(guān)系，使其在大角度激發(fā)響應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中具有較大潛力。這意味著該等離激元納米結(jié)構(gòu)陣列因兼具大尺寸面積、低成本、高性能的優(yōu)異性能可應(yīng)用于納米光子學(xué)器件。 

圖1.等離激元納米結(jié)構(gòu)陣列的制備過(guò)程示意圖 

圖2.等離激元納米結(jié)構(gòu)陣列中二次諧波產(chǎn)生的示意圖及其光學(xué)性質(zhì)表征 

國(guó)家納米中心博士研究生吳憲欣、江文宇、王曉豐為論文的共同第一作者，劉新風(fēng)和張勇為論文的通訊作者。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委和低維量子物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等項(xiàng)目的支持。 

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c08498