中國粉體網(wǎng)訊 鎵納米顆粒近年來引起了科學(xué)家們的廣泛興趣，因?yàn)殒壊粌H是在紫外區(qū)域具有表面等離子體共振的金屬，而且是具有低熔點(diǎn)（29.7℃）的相變材料。鎵納米顆粒的紫外等離子體共振的潛在應(yīng)用包括光存儲、環(huán)境修復(fù)、熒光和表面增強(qiáng)拉曼光譜。與在紫外區(qū)域中表現(xiàn)出等離子體共振的其他金屬相比，由于其存在薄的自然氧化物殼層，鎵納米顆粒能夠在大氣中保持穩(wěn)定。此外，鎵納米顆粒的另一個(gè)有趣特征是所謂的過冷/過熱現(xiàn)象，且相變溫度在很大程度上取決于它的尺寸。 因此，鎵納米顆粒的這一獨(dú)特性質(zhì)使得我們可以在室溫下系統(tǒng)研究液態(tài)鎵納米顆粒的線性和非線性光學(xué)性質(zhì)、定向輻射的操縱、以及相變對其光學(xué)性質(zhì)的影響。
近年來在光學(xué)頻率下工作的高效寬帶納米級光發(fā)射器引起了極大的興趣，例如超緊湊光學(xué)芯片、生物成像、納米光譜學(xué)和有源光子器件。有效的納米級白光源的實(shí)現(xiàn)仍然是主要的基本挑戰(zhàn)。大金屬納米顆粒的表面等離子體共振通�？雌饋矸浅挘妶鲈鰪�(qiáng)相對較弱。因此使用飛秒激光脈沖激發(fā)金屬納米顆粒，只會產(chǎn)生非常弱的光致發(fā)光。然而，通過將它們帶到薄金屬膜的表面可以顯著改變這種情況。已知金屬納米粒子的可以通過薄金屬膜誘導(dǎo)出鏡像偶極子，水平方向的電偶極子與其鏡像偶極子的相互作用可以形成具有較窄線寬的磁偶極子。如果采用飛秒激光脈沖在鏡像磁偶極共振處激發(fā)金屬納米顆粒時(shí)，可以有效地增強(qiáng)光致發(fā)光。此外，由寬模式（明模式）和窄模式（暗模式）的相干相互作用可以形成所謂的Fano共振，導(dǎo)致顯著增強(qiáng)的電場，對于增強(qiáng)光學(xué)非線性非常有用。
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華南師范大學(xué)信息光電子科技學(xué)院蘭勝教授研究小組首次報(bào)道了利用飛秒激光燒蝕制備直徑范圍為50至300 nm的球形鎵納米顆粒的方法。他們發(fā)現(xiàn)制備的鎵納米球由液態(tài)鎵核和固態(tài)二三氧化二鎵殼組成，呈現(xiàn)出跨越紫外到近紅外光譜區(qū)的表面等離子體共振。在飛秒激光的激發(fā)下，放置在玻璃上的鎵納米球僅觀察到二次諧波。形成鮮明對比的是，當(dāng)將這些鎵納米球放置在薄銀膜上時(shí)，在飛秒激光激發(fā)下可以產(chǎn)生顯著的白光輻射。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在鎵納米球的后向散射光譜中形成了源自鏡像誘導(dǎo)的磁偶極共振和間隙等離子體模式之間干涉的Fano共振。通過共振激勵(lì)磁偶極共振或Fano共振，可以實(shí)現(xiàn)有效的白光發(fā)射。通過對鎵納米球的發(fā)光強(qiáng)與激發(fā)強(qiáng)度的依賴進(jìn)行分析，鎵納米球的發(fā)射的白光屬于熱電子帶內(nèi)熒光。實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果與基于液態(tài)鎵復(fù)折射率的數(shù)值模擬結(jié)果非常一致。
研究者相信，此項(xiàng)研究在納米白光光源、生物成像以及有源光子器件中具有潛在應(yīng)用。相關(guān)論文在線發(fā)表在 Laser & Photonics Review (DOI: 10.1002/lpor.201800214)上。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/小虎）
