Инновационная схема позволяет увеличить локальные электрические поля вокруг металлических наноструктур

Расширенные локальные электрические поля преобладают в нелинейных оптических свойствах.

И особенно это заметно при эффекте Рамана (так называемое комбинационное рассеяние света), которое является чувствительной технологией, используемой для обнаружения следов химикатов. Анализ электрических полей вкруг наноструктур показывает, что они могут обеспечить основу для достижения большей интенсивности эффекта Рамана.

Профессор Чжан Чжоньюэ с коллегами из колледжа физики и информационных технологий нормального университета Шэньси предложили новую схему увеличения объема и силы локальных электрических полей вокруг наноструктур.

Схема основана на манипуляциях исходной волной, чтобы позволить суперпозиции полей многократных пучков света работать в качестве источника возбуждения для электронов в наноструктурах, и потому вокруг наноструктур становятся возбужденными более масштабные электрические поля.

Работа ученых под названием «Enhancing the electric fields around the nanorods by using metal grooves» опубликована в издании SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy.

Комбинационное рассеяние света или эффект Рамана — одно из наиболее многообещающих применений расширенных электрических полей, сгенерированных возбуждением плазмонов локальной поверхности в металлических наноструктурах. Спектр рассеяния света выявляет вибрационные режимы молекул, передавая определенную информацию с точностью на уровне отпечатка пальцев. Кроме того, чувствительность комбинационного рассеяния света — одна из самых высоких среди доступных в настоящее время аналитических методов, потенциально приводя к обнаружению единичных молекул. Хотя сигнал комбинационного рассеяния света от специфической молекулы происходит вследствие химических и электромагнитных воздействий, доминирующим фактором является результат повышения силы локального электромагнитного поля, вызванный резонансным возбуждением локализованной поверхности плазмонов в металлических наноструктурах. Поскольку резонанс плазмонной поверхности основывается на форме наноструктур, для усиления локальных электрических полей используются наноструктуры с различными топологическими формами. Было установлено, что наноструктурные пары и наносообщества также способны достичь более сильных электрических полей из-за сцепления электрического поля или каскадных усилений электрического поля в наносистемах.

В отличие от предыдущих для методов построения оснований комбинационного рассеяния света Чжан Чжоньюэ с коллегами представили новую схему увеличения электрических полей вокруг наноструктур. Управляя исходной волной, суперпозиция полей множественных лучей света действует как источник возбуждения. Когда фазовые различия между многократными пучками света созданы соответствующим образом, области возбуждения электронных колебаний в наноструктурах становятся намного выше нормального уровня. Электрические поля вокруг этих наноструктур также выше нормы. Отправная точка схемы — повышение области возбуждения электронных колебаний в наноструктурах, которые не конфликтуют с предыдущими проектами, изменившими топологические формы наноструктур или объединившими наноструктуры для генерации еще больших электрических полей.

Вслед за ранее обсуждаемыми схемами Чжан Чжоньюэ с коллегами представили серебряную систему нанопрутьев и углублений для основания комбинационного рассеяния света. Углубления используются для управления исходными волнами. Суперпозиция полей многократных пучков света возбуждает электронные колебания нанопрутьев. В итоге электрические поля вокруг нанопрутьев в системе нанопрутьев и углублений намного больше тех, что расположены вокруг отдельных нанопрутьев и тех, что имеют место в системах нанопрутьев и пленок.

Для системы нанопрутьев и углублений, в том числе с дефектами производства, связанными с наклонным углом углублений и местоположением нанопрутьев, числовые подсчеты также показывают, что большие электрические поля вокруг нанопрутьев могут возбуждаться. Хотя территориальные разносы между нанопрутьями влияют на распределение электрического поля, электрические поля в системе нанопрутьев и углублений всегда больше тех, что генерируются вокруг отдельных нанопрутьев и систем нанопрутьев и пленок. Именно потому система нанопрутьев и углублений обеспечивает хорошую структуру, чтобы и далее повышать локальные электрические поля вокруг нанопрутьев.

22.10.2012