南开大学在微纳光学研究领域取得新进展

现代高速发展的信息社会对功能器件的空间尺寸提出了越来越高的要求，实现原子尺度的功能器件有望进一步提升器件的性能和集成度，并有望延续摩尔定律的生命力。但是由于加工工艺的限制，研制原子级别的功能器件面临严峻挑战。

近期，南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所微纳光学与单分子器件课题组提出了研制原子级别电开关的新方法。此方法无需复杂的微纳加工工艺，只需要将光照射两电极的结点处，利用局域表面等离激元(入射光子与金属表面自由电子集体共振)所产生的热量加热电极，电极的热胀冷缩效应即可实现电极间原子量级的连接与断开。通过控制光强或者光的偏振方向，结合电导值的测量，可清晰表征原子一个接一个断裂或者一个接一个重新连接上的全过程。

当光照射纳米间隙时，光所激发的热量被纳米间隙增强，导致电极产生微小膨胀。利用其热胀冷缩效应可实现原子级别的开关功能，并可实现在亚埃级的精度上调控电极间的距离的功能。图中虚线代表热膨胀后电极新位置。

通常，表面等离激元热效应所造成能量损耗会阻碍等离激元的远距离传播，被认为是表面等离激元应用领域的绊脚石。但是，现代光学研究所的研究人员及合作者转变思路，巧妙地利用其精密可控的光制热胀冷缩效应实现了原子级别的开关效应。此变废为宝的思路为表面等离激元的激发及传输机理研究提供了新的研究平台。同时，其精密可控的纳米间隙可为纳米孔生物传感器、纳米间隙增强拉曼光谱以及单分子结等科学研究提供有力支持。

今年3月27日，该成果在线发表于《Nature》子刊《Light: Science & Applications》。第一作者为南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所2016级硕士研究生张伟强。通讯作者为南开大学电子信息与光学工程学院现代光学所向东教授、美国佐治亚大学徐炳乾教授、韩国首尔国立大学Takhee Lee教授。合作研究单位还包括：浙江大学现代光学仪器国家重点实验室、新加坡国材料研究与工程研究院、德国于利希研究中心。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-019-0144-z