基于金纳米棒辐射调控的实验研究

金属纳米颗粒以其独特的表面等离子体共振（SPR）特性（如局域场增强效应等）被广泛应用于纳米光子学的诸多领域。本研究项目以金纳米棒为载体，充分利用其横向表面等离子体共振（TSPR）及纵向表面等离子体共振（LSPR）效应，开展其在辐射调控方面的实验研究。采用化学方法合成样品，利用金纳米棒TSPR和LSPR波长同时与染料分子激发和发射波长匹配时，同时实现的激发增强和发射增强效应，探索实现最大"激发－发射"效率的辐射调控机制。利用金纳米棒的大光学截面、各向异性及LSPR波长可调谐特性，揭示基于金纳米棒的高效率、偏振相关、波长可调谐的SPR调控及放大效应。同时，采用薄膜拉伸方法排列群体金纳米棒，研究微观金纳米棒与增益介质相互作用的宏观表征方法，实现更易操控的宏观SPR调控。项目研究可望为光学传感、单分子检测、荧光增强、表面增强拉曼光谱等领域提供新的研究思路和应用基础。

金属纳米颗粒以其独特的表面等离子体共振（SPR）特性被广泛应用于纳米光子学的诸多领域。本研究项目以金纳米棒为载体，充分利用其横向表面等离子体共振（TSPR）及纵向表面等离子体共振（LSPR）效应，开展其在辐射调控方面的研究，取得了一系列的研究进展。采用化学方法合成“金纳米棒-荧光分子”复合纳米颗粒；提出了“双共振”荧光增强物理机制，利用金纳米棒TSPR和LSPR波长同时与染料分子激发和发射波长相匹配，同时实现了激发增强和发射增强效应，实验上成功将染料分子的荧光辐射效率提高了近20倍。研究了增益介质辅助的表面等离激元放大效应，基于Kretschmann棱镜结构，直接观测到了表面等离激元放大的自发辐射（ASE）效应，并观测到了ASE角响应谱的异常变化现象。同时，利用薄膜拉伸方法实现了群体“金纳米棒-荧光分子”复合纳米颗粒的定向排列，进一步实现了微观金纳米棒与增益介质相互作用的宏观表征和操控。利用这种定向排列的金纳米棒复合纳米结构成功将窄线宽的圆偏振激发光，方便快捷地转换为高效率、宽波段的线偏振光。研究结果在Advanced Optical Materials, The Journal of Physical Chemistry C, Small, Laser & Photonics Reviews, Nanotechnology, Optics Letters, Optics Express等SCI期刊上发表论文13篇，国际会议口头报告6次（国际会议邀请报告一次），还应邀为OSA创刊杂志Photonics Research第一期撰写封面综述论文。项目研究可望为光学传感、单分子检测、荧光增强、表面增强拉曼光谱等领域提供新的研究思路和应用基础。