近日，中國科學技術大學教授曾杰課題組在低對稱性金屬納米晶的局域表面等離激元調控研究中取得新進展。研究人員基于晶體生長的動力學調控和不同金屬間的晶格失配成功構筑具有低對稱性的Pd@AuCu核-殼平面四角叉結構，并實現對其局域表面等離激元面內偶極振動模的位置從可見光區(qū)到近紅外區(qū)的范圍內的精確調控。由于存在豐富的局域場“熱點”，該納米晶還具有優(yōu)越的表面增強拉曼散射性能。該成果發(fā)表在5月11日的《納米快報》上[Nano Letters, 2016, 16, 3036-3041]。論文共同第一作者為碩士生孟敏和碩士生方智成。
對稱性可以調制金屬納米晶的表面電荷分布以及自由電子極化，從而影響其局域表面等離激元性能。一般說來，相較于立方對稱性的多面體結構，低對稱性的平面結構通常具有更為豐富的振動模式，例如面內和面外偶極振動模式。在諸多平面結構的金屬納米晶中，平面分支結構在棱角處具有較強的局域電場，可以有效實現光電增益，因此在局域表面等離激元的相關應用中具有重要作用。然而，平面分支結構的形成需要選擇性將分支結構的生長限制在二維平面內，因此具有很大的挑戰(zhàn)性。
曾杰小組研究人員以Oh對稱性的Pd立方體為晶種，通過調控反應動力學以及核殼之間的晶格失配程度得到D4h對稱性的Pd@AuCu核-殼平面四角叉結構。通過調控該納米晶的尺寸，研究人員能夠將其局域表面等離激元面內偶極振動模的位置從可見光區(qū)拓展到近紅外區(qū)。與此同時，該納米晶的分支特征使其在棱角處的局域電場形成相互耦合的“熱點”結構，從而極大地提升了材料的表面增強拉曼散射性能，其中，尺寸為70 nm的平面四角叉結構的增強因子達到近104倍，這在分子的超靈敏度檢測方面有一定的應用潛力。該工作為低對稱性金屬納米晶的局域表面等離激元性能調控研究提供了全新的思路。
該項研究得到了科技部青年“973”計劃和國家自然科學基金等項目的資助。
Pd@AuCu核-殼平面四角叉結構及其局域表面等離激元性能
