金纳米棒诱导纳米结构的等离激元杂化特性研究和SERS应用

We study the new mechanisms and characteristics of plasmon coupling of gold nanorod guided nanostructures to realize the localized surface plasmon (LSP) coupling, enhancement and confinement. The surface plasmon coupling SERS system based on tightly focused radially polarized beam (RP) is proposed and will be installed.The research contents include: (1)The optimal design and preparation of gold nanorod guided structures,including nanoshell hybrid structures and asymmetry assemblies; and realization of plamonic nanostructure with highly field enhancement and coupling;(2)The physics mechanism and charateristics of plasmon coupling hybridization and Fano resonance, including: resonance, dispersion and localized field enhancement; and realization of control of LSP coupling hybridization;(3)The surface plasmon coupling SERS system based on tightly focused RP beam, including: SPP optical virtual probe, the interaction of gold nanorod absorbed molecule s and SPP virtual probe;development of SERS spectroscopic technique with high sensitivity, high spatial resolution and high excitation effciency.

研究基于金纳米棒诱导纳米结构的局域表面等离激元（LSP）耦合杂化新机理和新特性，实现LSP的耦合、增强、约束；构建基于径向偏振光的表面等离子激元耦合表面增强拉曼（SERS）光谱系统。研究内容包括：(1) 金纳米棒诱导纳米结构的优化设计制备，包括：核壳杂化结构和非对称性线性组装体，实现具有优异场增强和耦合特性的等离子体结构；(2)金纳米棒诱导纳米结构中的LSP耦合杂化和Fano共振物理机制，包括：共振性质、色散性质、场的局域化增强，实现对LSP耦合调控；(3) 基于聚焦径向偏振光的表面等离激元耦合的SERS光谱系统，包括：聚焦条件下的表面等离子激元光学虚拟探针，虚拟探针与金纳米棒吸附分子的相互作用机制，拓展具有高灵敏度、高分辨率、高激发效率的SERS光谱技术。

在青年科学基金的支持下，本项目以金纳米棒诱导纳米结构的优化设计和制备为基础，以实现表面等离激元杂化特性调控和SERS应用为目标，展开相关研究工作并取得以下主要研究成果：.1.具有特定形貌的金纳米棒设计制备和表征.我们设计制备了具有特定长径比、体积、头部形貌的金纳米棒；研究了金纳米棒的各种几何因素和环境因素与等离激元吸收、散射和消光光谱之间的物性定量关系；发展了一种消光光谱方法来表征金纳米棒的几何特征量、尺寸分布和样品浓度。比起传统的显微成像法（TEM）具有更高测量效率。.2.金纳米棒氧化亚铜核壳结构的等离激元-激子耦合增强；.我们制备了Au@Cu2O核壳结构实现等离激元增强效应。由于Cu2O壳的高介电函数特性，等离激元局域场被极大增强。并且等离激元高阶模式与氧化亚铜带隙能量重合发生能量转移，增加光生载流子数目。等离激元局域场增强特性和共振能量转移可提高壳层缺陷激发，因此提供了简单而有选择性的缺陷探测方法。.3.手性-肩并肩金纳米棒组装体杂化结构的圆二色性（CD）增强。.此工作提出通过吸收手性分子来操控纳米棒之间的扭角从而调控组装体CD响应的新方法。等离激元组装体的制备通过半胱氨酸修饰肩并肩组装体实现。被修饰的单体金纳米棒不会出现明显的CD信号。但在等离激元共振波长附近，组装体出现明显的CD带。CD带符号取决于所吸附半胱氨酸分子的手性。通过调节组装体尺寸，手性分子浓度，和金纳米棒长径比，可调控CD的强度和光谱区域。.4.金纳米劈裂环六聚体结构的纯磁性法诺（Fano）共振.此工作利用角向偏振入射光和六聚体金纳米劈裂圆环结构，使六聚体中环形电场分量诱导磁性等离激元模式。通过设计每个金纳米环的尺寸和排列方向，等离激元模式可相互耦合杂化。这种磁性法诺共振模式的极窄线宽可低至30nm，为其在等离激元高灵敏度的SERS检测和低损耗传感方面开创了新平台。.5. 表面等离激元增强型SERS系统的初步搭建.初步自行搭建新型高分辨率、高灵敏度SERS检测系统，利用聚焦径向偏振光实现表面等离激元光学虚拟探针，拓展具有高激发效率的SERS 成像技术。