中科院物理所在微纳结构光学特性调控研究中取得系列进展

贵金属（金、银等）纳米颗粒在可见乃至近红外波段存在着强烈的局域表面等离子体共振，可大大增强荧光、拉曼、非线性辐射等光与物质相互作用过程。银纳米棒是一种经常使用的纳米颗粒，由于在其两个方向上具有不同的几何尺寸，其局域表面等离子体共振有横向、纵向两个模式。银纳米棒一般采用种子法生长，利用的种子一般为金、银十面体或金纳米棒等单晶小颗粒。由于利用这些方法生长的银纳米颗粒受限横截面半径大及生长种子对其光学性质的影响，导致这些方法生长的银纳米棒一般在可见波段有共振吸收。李志远及博士生张超与佐治亚理工大学的Younan Xia团队合作，采用一种新的生长方法，利用钯十面体单晶小颗粒作为种子，沿着五重对称轴沉积银原子生长形成银纳米棒(图3)。这样生长的银纳米棒具有小的横截面半径（低于20 nm）、可控长宽比等特点。其横向局域表面等离子共振模式在400 nm以下，纵向模式可以在可见近红外波段进行调控。这种在可见光谱中（400 ~ 800 nm）没有局域表面等离子共振的银纳米棒颗粒在触摸屏显示器、太阳能电池片、节能智能窗的制作等领域有重要的应用。研究成果发表在ACS Nano 9, 10523 (2015)上。

近红外波段的光学技术对于生物分子、活细胞组织等具有非侵入性的优点，在蛋白质学和基因学中有着广泛使用。李志远、张超与Younan Xia团队及意大利萨兰托大学Dario Pisignano团队合作，设计并制备了一种基于金纳米笼颗粒的衬底，可以对近红外波段的荧光进行增强。由于金纳米颗粒对荧光增强的幅度与荧光分子-纳米颗粒纵向间距和横向位置等几何参数有很重要的作用，合作团队设计了一种方法来控制荧光分子与金纳米笼颗粒的间距(图4)，从而使衬底平面范围内荧光分子获得均匀的荧光增强幅度。当间距控制在80 nm时，在660~740 nm波段可获得大概2~7倍的荧光增强。这项技术可以达到平面内纳米级控制，在软物质细胞等信息探测和诊断领域有重要的应用前景。研究成果发表在ACS Nano 9, 10047 (2015)上。

以上研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中国科学院项目的支持。

图3. 银纳米棒的扫描透射电镜图和消光光谱测量图

图4. 金纳米笼颗粒衬底的制备及其应用于LD700荧光分子荧光辐射增强