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  • 面向纳米光子学的超薄超晶格

    作者:实验帮(译) 来源:nanowerk 时间:2019-05-22 21:12 阅读:240 [投稿]
    这些薄层对于光电子学来说非常有趣,即利用光传输和处理数据,也有可能用它们来制造微型激光器。

    物理化学研究所的Matthias Karg教授的“胶体和纳米光学”小组提出了一种开发高度有序粒子层的简单而精确的技术。该小组使用的是微小、柔软、可变形的球形聚合物珠,其结构类似水凝胶。水凝胶是水膨胀的三维网络。例如,我们熟悉这些结构作为婴儿尿布中的超级吸收剂,它们能够吸收大量液体。

    在这些水凝胶中有微小的金或银颗粒,大小只有几纳米,Karg的研究团队在杜塞尔多夫大学利用金属盐在还原过程中合成。“我们可以非常精确地调整金颗粒的大小,因为水凝胶外壳对溶解的金属盐具有渗透性,从而允许金核的连续过度生长。”


    将带有金颗粒的超薄球形水凝胶核层转移到玻璃基板上。(图片来源:Christoph Kawan)

    这些核壳颗粒的结构可以与樱桃的结构大致比较,樱桃的硬核被柔软的果肉包围。然而,来自实验室的粒子大约要小十万倍。

    杜塞尔多夫的研究人员随后可以使用这些水凝胶珠的稀释溶液来产生单层薄膜。他们把珠子贴到水面上,水面上一个高度有序和色彩鲜艳的发光层自我组装。他们将这一层从水面转移到玻璃基板上。这种转移使整个玻璃基板闪烁。

    “用电子显微镜观察这一层,可以发现一个规则的六边形有序粒子阵列。”博士生Kirsten Volk解释说:“这些是壳里的金颗粒,我们看到它们排列在一个高度有序的单层中。”是金颗粒决定了这层的颜色:它们反射具有特定波长的可见光,这些波会干扰并从不同角度产生不同颜色的印象。

    “这些薄层对于光电子学来说非常有趣,即利用光传输和处理数据,也有可能用它们来制造微型激光器。”Karg教授解释。这些纳米激光器的尺寸只有纳米级,因此构成了纳米光子学领域的关键技术。


    生成层结构(从左开始):首先,将包含金颗粒的球形水凝胶芯的溶液小心地涂在水面上。这很快形成了一个超薄的闪烁层,随后可以用玻璃基板将其剥离。(图片来源:Christoph Kawan)

    目前发表在ACS Applied Materials & Interfaces(“In-Plane Surface Lattice and Higher Order Resonances in Self-Assembled Plasmonic Monolayers: From Substrate-Supported to Free-Standing Thin Films”)杂志上的一项研究表明,杜塞尔多夫的研究人员已经克服了通往这种纳米激光器的道路上的一个主要障碍。

    他们成功地通过入射光在金粒子中产生了集体共振。这意味着金粒子不是单独激发的;相反,所有激发的粒子都在共振。这种集体共振是制造激光器的基本前提。

    发表的研究成果的一个特殊方面是,粒子层不仅可以很容易地大规模地生成,而且它们还特别薄。

    对于光电应用和纳米激光器,共振模式必须在薄层中进一步放大。Karg教授说:“下一步,我们将尝试通过掺杂发射器进一步放大共振。从长远来看,这也可以让我们实现电动纳米激光器。”

    原文链接:https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52836.php 

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