界面SPR模式及近场增强光谱学研究

The optical excitation of specific surface plasmon modes and the interactions between them in metal nanostructures are the physical foundations of the enhanced surface/interface spectroscopy with high resolution, high sensitivity and high accuracy. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), Tip Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) and Second Harmonic Generation (SHG) are typical Enhanced Spectroscopy at interfaces. This project is mainly committed to the explorations of the optical excitation conditions of different surface plasmon resonance modes and the interactions between them at various kinds of interfaces, including solid/gas, liquid/liquid and solid/liquid interfaces. Making fully use of the SPR-based near-field enhancement, we can further develop SERS, TERS,SHG and other kinds of interface spectroscopy with high sensitivity and spatial resolution. Combing theoretical analysis with experimental studies, we are dedicated to the exploring the essential characters and excitation conditions of various SPR modes at interfaces. Based on the optimizing of the interface structures and laser source, and making the most use of effective coupling effect between different SPR modes, especially through the Fano resonance, the sensitivity and spatial resolution of SERS, TERS and SHG could be ultimate improved dramatically. After the completion of the project, some original achievements, including both the basic physical principle of surface plasmon and the development of high precision enhanced interface spectroscopy, are expected to obtain. 8 to 10 research papers are expected to be published on international journals with high impact.

金属纳米结构中特定表面等离激元模式的光学激发及其相互作用是发展表面增强拉曼光谱（SERS）、针尖增强拉曼光谱（TERS）、二次谐波（SHG）等有关高分辨、高灵敏、高精度界面光谱学的物理基础。本项目主要致力于探索金属纳米结构在固-气、液-液及固-液界面各种表面等离激元共振模式的分类识别及其相互影响，进而利用SPR的近场增强效应深入发展SERS、TERS及SHG光谱等各类高灵敏度，高空间分辨率的界面光谱学方法。通过理论分析并结合实验研究，重点探索各类SPR模式的本质特点及激发条件。在此基础上，通过制备和优化界面结构及激光光路，充分利用各SPR模式间以Fano共振为核心的有效耦合，进一步提高SERS、TERS及SHG等光谱技术的灵敏度及分辨率。项目完成后，有望在表面等离激元光学中的基础物理问题及界面超高灵敏度激光光谱学领域取得原创性成果。本项目预计将在国际权威期刊上发表8至10篇高水平研究论文。

金属纳米结构中特定表面等离激元模式的光学激发及其相互作用是发展表面增强拉曼光谱（SERS）、针尖增强拉曼光谱（TERS）、二次谐波（SHG）等有关高分辨、高灵敏、高精度界面光谱学的物理基础。在项目执行期内，我们针对金属纳米结构的界面等离激元共振模式的光学激发、分类识别及其相互影响展开了系统的理论和实验研究，进而利用SPR 的近场增强效应深入发展了 SERS、TERS 及 SHG 光谱等各类高灵敏度，高空间分辨率的界面光谱学方法。研究取得的主要创新性成果包括：（1）对金属粒子-基底体系中SPR热点产生的物理机制及影响因素进行了系统研究，成功发展了界面热点的可控激发及热点转移的一般方法; (2)通过界面二次谐波的实验和理论研究，提出并成功实现了空间分辨率达到1 nm 的PESGH 纳米尺；（3）提出并实现了利用可见光区磁共振进行近场增强的方案，并成功用于增强拉曼光谱实验研究；（4）提出了针尖增强拉曼光谱及针尖增强荧光体系中的关键共性问题的解决方案，并对空间分辨率、定向发射等给出了新的理论解释。相关成果深化了科研人员对表面等离激元光子学中基础物理问题的认识，有关界面SPR热点的可控激发、表面等离激元增强二次谐波纳米尺、表面等离激元磁共振增强拉曼光谱，TERS体系中的电场梯度效应及定向发射特性均属于界面超高灵敏激光光谱学领域有影响力的原创性成果。四年来，项目组成员发表了10余篇高质量的研究论文，其中影响因子6.0以上的学术论文7篇（3篇论文的影响因子超过10.0）。1篇文章入选ESI高引论文，4篇文章的单篇引用次数已超过30次。