在亞納米尺度實現(xiàn)對等離激元手性陰極熒光的激
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時間：2018-01-10 09:34:29 發(fā)布人：editor
自然界中，手性結(jié)構(gòu)通常具有微弱的旋光響應(yīng);而得益于局域表面等離激元(LSP)共振，等離激元手性納米結(jié)構(gòu)和超材料可以獲得較強的手性光學(xué)響應(yīng)。在電子束激發(fā)下，金屬納米結(jié)構(gòu)同樣可以產(chǎn)生LSP，且產(chǎn)生陰極熒光 (CL) 與電子束激發(fā)位置有關(guān)。圓偏振光對現(xiàn)代物理研究至關(guān)重要，表面等離激元的CL已經(jīng)被證實可以包含旋性信息。然而，在量子通信、手性分子探測等當(dāng)代物理前沿領(lǐng)域，高度集成的納米光學(xué)器件需要更進(jìn)一步對光的旋性進(jìn)行亞納米尺度的調(diào)控。
【成果簡介】
近日，北京大學(xué)方哲宇課題組在Nano Lett.發(fā)表了題為“Reveal and Control of Chiral Cathodoluminescence at Subnanoscale”的研究論文，報道了手性CL調(diào)控的最新研究成果。研究團(tuán)隊在SEM-CL探測平臺上，通過電子束激發(fā)單一的七聚體金納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了可調(diào)控的CL發(fā)射。同時發(fā)現(xiàn)出射CL的旋性對電子-金屬相互作用位置十分敏感，因此可以通過電子束亞納米尺度的移動實現(xiàn)對CL旋性的調(diào)控。進(jìn)而通過設(shè)計電子束的掃描路徑，利用該技術(shù)手段在納米尺度實現(xiàn)了三進(jìn)制編碼輸出。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 實驗設(shè)計
(a)電子激發(fā)七聚體納米結(jié)構(gòu)的示意圖;
(b)圓偏振CL探測光路;
(c)七聚體的SEM表征。
圖2 CL mapping成像及CL譜表征
(a)左：在695 nm的長通濾光片濾光下，七聚體納米結(jié)構(gòu)的CL mapping圖像，右：七聚體的局部SEM表征，分別標(biāo)示3個探測位置;
(b)3個探測位置的CL譜;
(c-e)3個探測位置的圓偏振CL譜(690~890nm)及CL 手性(CL chirality，柱狀圖)。
圖3 時域有限差分法(FDTD)理論模擬
(a-c)對應(yīng)圖2中三個激發(fā)位置的圓偏振CL譜及CL手性模擬;
(d-i)在圓偏振CL譜峰值處的x-y平面上所對應(yīng)的表面電荷分布圖
(d-f)和電場分布圖(g-i);圓圈示意在x-y平面上模擬的電子激發(fā)位置。
圖4 亞納米尺度的三進(jìn)制序列
(a)由收集到的LCP減去RCP-CL強度值得到的ΔCL mapping圖像;
(b)沿掃描路徑α (如圖(a)所示) 的ΔCL-位置關(guān)系，對應(yīng)(-1，0，1)三進(jìn)制序列;插圖示意在圈出位置處實現(xiàn)CL旋性轉(zhuǎn)換;從-1到0，及0 到1的轉(zhuǎn)換，電子束移動距離都為1.86 nm;
(c)沿掃描路徑β、γ的ΔCL-位置關(guān)系，分別對應(yīng)(1，0，1)及(-1，0，-1)三進(jìn)制序列。
【小結(jié)】
本文利用電子束激發(fā)金屬手性七聚體結(jié)構(gòu)，在SEM-CL探測平臺上實現(xiàn)了亞納米尺度的手性CL激發(fā)和調(diào)控。 CL旋性的轉(zhuǎn)換可以在1.86nm 的電子束移動距離下實現(xiàn)。同時，這種在亞納米尺度對手性光學(xué)響應(yīng)調(diào)控的方法可以普遍應(yīng)用于其他結(jié)構(gòu)設(shè)計上，并進(jìn)一步地促進(jìn)量子光學(xué)、生物化學(xué)、生命科學(xué)等現(xiàn)代交叉學(xué)科，以及信息存儲和處理領(lǐng)域的發(fā)展。