基于激光倏逝驻波聚焦沉积技术制备贵金属纳米阵列结构

Plasmonics is a flourishing new field of nanopotics, offering tantalizing opportunity to exploit the unique optical properties of metallic nanostructures to route and manipulate light at nanometre length scales in optoelectronic devices. Usually, there are nanofabrications such as photolithography, focused-ion-beam lithography and chemical self-organization to prepare metallic nanostructures. In this research project, we explore the noble metal nanostructure array directed assembly in the photochemical-deoxidized ultrathin colloidal solution via the nanofabrication method with two dimensional orthogonal evanescent optical-gravito surface trap . In-situ microscopy is uesed to study the interaction of metallic nanoparticles and evanescent optical-gravito surface potential. The directed assembly mechanism and physical chemistry kinetical process are investigated based on the noble metal colloidal directed assembly in the two crossed laser evanescent standing waves. The results will show the functional properties and scale effects law via evanescent optical-gravito surface trap nanofabrication method. In addition,the application in photodectors and photovoltaic cells of the extreme light concentration properties and local electromagnetic field enhancement effects of the regular metallic nanostructures array is studied in detail.

等离激元光学（Plasmonics）是微纳光学中一个重要的新兴学科领域，其迫切研究任务是探索开发各种金属纳米结构的独特等离激元光学功能特性，并应用于新型纳米光电器件。表面金属纳米结构的制备方法通常有光刻、聚焦离子束刻蚀及一些化学自组织生长方法。本项目研究在超薄光敏贵金属盐溶液中，采用光化学还原激光倏逝驻波-重力势阱聚焦捕获综合加工手段，在衬底表面制备二维贵金属纳米结构阵列。采用显微原位观测方法，研究贵金属纳米颗粒与激光倏逝驻波-重力复合势场相互作用机理，揭示纳米颗粒聚焦捕获沉积原理、沉积机制及沉积过程的微观物理化学本质，得到激光倏逝驻波-重力复合势场微纳加工的功能原理和尺度效应规律。进而研究微纳阵列结构的光吸收增强、局域电磁场增强性质在光学探测器、光伏器件等方面的应用。

等离激元光学（Plasmonics）是微纳光学中一个重要的新兴学科领域，其迫切研究任务是探索开发各种金属纳米结构的独特等离激元光学功能特性，并应用于纳米激光、生物传感及光伏器件等新型纳米光电器件。表面金属纳米结构的制备方法通常有光刻、聚焦离子束刻蚀及一些化学自组织生长方法。本项目系统研究了在高折射率棱镜衬底表面的超薄光敏性硝酸银水溶液中，实现了大面积（直径5mm光斑）亚波长（180nm）周期银纳米颗粒光栅结构阵列的激光倏逝驻波调控快速（~5 mins）组装制备，得到了不同微观形态的稳定的银纳米颗粒薄膜结构。揭示了激光调控组装过程中的激光倏逝驻波光场对水溶液中银纳米颗粒偶极子产生的长程光梯度力与近场偶极相互作用力的协同相互作用机制，论证了激光调控组装是物理过程而非光化学还原过程，获得了激光调控组装水溶液中银纳米颗粒的物理原理和尺度调控规律。进而，通过研究银纳米颗粒阵列基底表面R6G分子的偏振拉曼谱光谱特性，得到了阵列结构的各向异性电磁增强规律；通过研究银纳米颗粒阵列结构的宏观角分辨散射谱，得到了阵列结构的特异光学吸收、负反射功能特性。. 该项目研究发现了低功率密度（~0.1Wcm^-2）激光倏逝驻波调控组装银纳米颗粒过程中的长程光梯度力和近场偶极相互作用力的协同作用机制，具有重要的科学意义。该项目研究探索了水溶液中光控组装银纳米颗粒成大面积亚波长阵列结构，该阵列结构具备保存极强偶极相互作用模式的功能及各向异性电磁增强功能，在电磁增强传感和负反射微纳光学器件等方面具有重要的应用价值，为提高纳米激光器的光束质量及生物传感探测精度和反应速率以及光伏器件的光吸收应用奠定了基础。