金纳米棒及其自组装结构的磁等离激元圆二色效应调控及机理研究

Manipulation and amplification of optical activity at the nanoscale is the basis to construct chiroptical devices. Plasmonic circular dichroism is one of the hot topics in nanoscale optical activity. However, in previous studies, manipulation of plasmonic CD through constructing chiral molecule-anisotropic noble metal nanostructures calls for complicated structural design and tedious procedures. It has been proved that applying magnetic field is a general and efficient method to induce optical activity in matter. Nevertheless, recent studies focus on isotropic nanoparticles, leading to the ambiguity in the mechanism and modulation strategy of magnetic circular dichroism (MCD) in complex nanostructures.Taking gold nanorod as model system, the current project aims to explore the influence of the anisotropic geometry, assembly conformation and SPR coupling on MCD response in nanostructures. Combination of experimental and simulation data will reveal the origin and modulation strategy of plasmonic MCD response in nanostructures. The results not only broaden the comprehension of optical activity at nanoscale but also provide guidance for developing novel magneto chiroptical devices, which have both important scientific significance and potential application value.

实现纳米尺度光学活性的调控和放大，是构建手性光学器件的前提。等离激元圆二色效应是纳米尺度光学活性的研究热点之一。目前，通过构建手性分子-各向异性贵金属纳米结构实现等离激元圆二色效应的调控需要复杂的结构设计和繁琐的实验步骤。研究证实，外加磁场是诱导纳米结构产生光学活性的一种简捷有效的手段，但是当前研究模型集中在各向同性纳米粒子，对各向异性纳米结构磁圆二色性(Magnetic circular dichroism, MCD)的产生机理和调控手段缺乏深入了解。本项目选取金纳米棒作为模型体系，探索金纳米棒各向异性结构、组装模式和表面等离激元共振耦合对纳米结构等离子体MCD效应的影响，结合实验数据和理论计算揭示各项异性纳米结构MCD光学活性的产生机理和调控方式。研究结果将扩展人类对于纳米尺度光学活性的认知，为磁光活性纳米结构在器件领域的开发提供依据，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

实现纳米尺度光学活性的调控和放大，是构建手性光学器件的前提。等离激元圆二色效应是纳米尺度光学活性的研究热点之一。目前，通过构建手性分子-各向异性贵金属纳米结构实现等离激元圆二色效应的调控需要复杂的结构设计和繁琐的实验步骤。研究证实，外加磁场是诱导纳米结构产生光学活性的一种简捷有效的手段，但是当前研究模型集中在各向同性纳米粒子，对各向异性纳米结构磁圆二色性(Magnetic circular dichroism, MCD)的产生机理和调控手段缺乏深入了解。本项目研究了金纳米棒及其组装体的MCD效应。首次提出由粒子形状的各向异性导致金纳米棒SPR模式的对称性破缺，表现为对应短轴和长轴 SPR 不同的MCD响应。通过改变金纳米棒的长径比或者构建不同构象的金纳米棒组装体，可以进一步调控结构的等离子体 MCD 效应。实验和理论计算表明体系的（有效）结构因子是实现纳米尺度等离子体 MCD 效应调控的关键因素。另外，依托本项目，发表了首篇磁圆二色谱在纳米材料领域应用的综述，概述了MCD技术在半导体和贵金属纳米材料中应用的代表性研究。该文章阐明了MCD在评价基于化学成分、结构、组装构象和耦合效应调制激子和等离激元磁致光学活性方面的重要性。本项目的研究成果为实现纳米尺度磁等离激元效应的有效调控提供了新的思路，具有首创性和重要的科学意义。