近期，中科院合肥研究院固體所王振洋研究員團(tuán)隊(duì)在表面等離激元多極子耦合系統(tǒng)研究方面取得進(jìn)展，揭示了二極子-多極子耦合系統(tǒng)的遠(yuǎn)/近場(chǎng)和角輻射分布規(guī)律。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Journal of Physical Chemistry C 上。
貴金屬等離激元納米顆粒的耦合模式由于高自由度、可調(diào)控的特點(diǎn)，在跨學(xué)科領(lǐng)域中引起關(guān)注。兩個(gè)等離激元納米顆粒近場(chǎng)耦合會(huì)形成二聚體，導(dǎo)致等離激元的雜化，出現(xiàn)不同鍵合模式。例如，偶極子-偶極子 (D-D) 的等離基元雜化會(huì)導(dǎo)致其分裂為能量較低的輻射型“明”成鍵合模式和能量較高的非輻射型“暗”反鍵合模式。與輻射型的成鍵組合不同，反鍵模式的等離激元耦合產(chǎn)生的瞬時(shí)偶極矩難以被探測(cè)。因此，依據(jù)特有的非輻射性質(zhì)，等離基元的暗模式被廣泛用于電磁能量存儲(chǔ)或低損耗等領(lǐng)域。此外，等離激元耦合納米顆粒的暗模式在Fano共振（法諾共振）或 EIT（電磁感應(yīng)透明度）中也發(fā)揮著重要作用。
利用光譜分析儀器、近場(chǎng)掃描顯微鏡（NSOM）和電子能量損耗光譜（EELS）可以探測(cè)到等離基元雜化的“明”與“暗”模式的近/遠(yuǎn)場(chǎng)分布變化。研究表明，二聚體和三聚體的反鍵組合“暗”模式與相同長(zhǎng)度的多極子的高能級(jí)共振子的遠(yuǎn)場(chǎng)光譜及近場(chǎng)極化率、電場(chǎng)分布相似。
科研人員通過(guò)有限元仿真計(jì)算了二極子-多極子（D-M）的等離激元耦合，發(fā)現(xiàn)（D-M）的等離激元耦合也會(huì)導(dǎo)致紅移成鍵合和藍(lán)移反鍵合模式，與之前觀察到的偶極-偶極耦合系統(tǒng)類似。這些反鍵合模式除了顯示出幾乎相同的遠(yuǎn)場(chǎng)等離基元共振峰和近場(chǎng)電場(chǎng)分布，還具有類似或強(qiáng)度更高的角輻射分布。此外，科研人員還計(jì)算了不同間隙距離對(duì)等離激元耦合強(qiáng)度的影響。該研究將促進(jìn)對(duì)等離基元（D-M）耦合系統(tǒng)的基本理解，為納米顆粒等離基元在熒光成像、能量存儲(chǔ)、生物傳感器、超材料等方面的應(yīng)用帶來(lái)新機(jī)遇。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的資助。
圖. 二聚體的等離激元反鍵組合“暗”模式與相同長(zhǎng)度的多極子的高能級(jí)共振子
