平面复合金属微纳结构的圆二色性研究

圆二色性效应在圆偏振器、光调制器及光电器件等方面具有广泛的应用.为提高平面金属微纳结构的圆二色性,本文设计了由无限长纳米线和G形微纳结构组成的平面复合金属微纳结构,并应用有限元方法研究了该阵列微纳结构的圆二色性特性.数值计算结果显示,在圆偏振光的激发下,G形微纳结构和平面复合金属微纳结构均出现了电偶极子、电四极子和电八极子等共振模式.当G形微纳结构与无限长纳米线连接时,各共振波长均发生红移,并且无限长纳米线增加了不同圆偏振光激发下的局域表面等离激元共振强度,从而使得平面复合微纳结构的圆二色性信号明显增强.此外,还研究了平面复合微纳结构阵列的几何参数对其圆二色性特性的影响.这些结果为提高平面手性微纳结构的圆二色性信号强度提供一定的指导思路和方法.     

二氧化硅人工蛋白石晶体（opal)的制备及其结构性质的研究

运用胶体化学法合成了尺寸可控的二氧化硅（SiO2）亚微米溶胶小球.透射电子显微镜（TEM）结果显示样品平均尺寸可从200nm变化至600nm，单分散性较高、平均标准偏差小于5％.通过自然沉积法，由溶胶SiO2小球自组织晶化制备了人工蛋白石晶体（opal晶体）结构.样品的剖面扫描电子显微镜（SEM）检测表明，样品为面心立方（fcc）结构.分析表明，较高的单分散性和缓慢的沉积过程是SiO2溶胶小球自组织晶化成三维有序结构的关键因素.反射谱中峰位在1320nm处的反射峰的出现，意味着样品在宏观尺度上的有序排列， 关键词： 亚微米二氧化硅溶胶小球 人工蛋白石晶体 方向带隙     

双壳层靶丸金属层电沉积装置设计

设计了一种新型双壳层靶丸金属层电沉积装置,借助计算机模拟了其设计原理,分析了微球的运动及镀层的生长模式,介绍了其各部分结构和功能。借助理论计算,确定了镀槽的整体尺寸,其中槽体半径确定为5cm。镀槽的特殊结构使微球上部镀层沉积速度较快,结合小球的自转及围绕圆柱体的公转运动实现镀层均匀沉积。镀液及微球的运动模式使镀液流速合并了主盐浓度、小球平动速度、小球转动速度三个关键参数,简化了对沉积过程的控制。在新旧装置上进行了电沉积实验,制备出了镀层厚度分别为9μm和2μm的空心金微球,结果表明:使用设计的装置可制备表面质量良好、厚度均匀且可控的金属微球,镀层厚度由沉积时间、金属层密度、镀液比重、微球芯轴的等效密度等决定。     

双层开口环的圆二色性数值研究

基于琼斯矩阵的推导提出一种金属手性纳米结构-双层开口环阵列结构，其开口方向扭转一定角度以破坏对称性，并应用有限元方法研究圆二色性（CD）特性.研究表明：在左旋圆偏振光与右旋圆偏振光的激发下，该结构表现出巨大差异使得CD产生，其CD值达到0.34.结构的电流分布表明，在短波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成反键模式，在长波长处，上下层圆环的等效偶极子耦合可形成成键模式，研究结构参数对CD的影响.理解圆二色的物理机制，并提供一种设计手性结构的方法.     

基于香蕉形液晶分子自组装的纳米螺旋丝有机凝胶及其流变特性

在香蕉形液晶分子B4相态中,非手性香蕉形液晶分子自组装形成层状结构,分子在层内倾斜,形成层手性和自发极化,并且造成层内不匹配,最终形成纳米螺旋丝.本文设计了NOBOW/十六烷混合体系,在高温时,香蕉形液晶分子溶解于十六烷,在低温时,香蕉形液晶分子自组装形成纳米螺旋丝,并最终形成三维网络,变成有机凝胶.为深入理解纳米螺旋丝有机凝胶的特性,拓展其在软物质领域的应用,本文通过流变实验对该有机凝胶的黏弹性质进行了系统研究.实验表明纳米螺旋丝有机凝胶与传统凝胶不同,纳米螺旋丝有机凝胶可以随温度变化形成凝胶-流体的可逆变化,并且通过测量NOBOW/十六烷混合体系在不同液晶分子浓度、温度、应变大小和应变速率下的流变特征,揭示了该有机凝胶的流变特性与纳米螺旋丝的性质密切相关.     

氯酸钠晶体的CD光谱及ORD特性研究

用标准水溶液法生长出氯酸钠晶体,并通过切割、抛光,获得了尺寸为10.9 mm×8.2 mm×4.7mm的透明、规则的氯酸钠晶体.沿六个垂直晶体表面的方向对氯酸钠晶体进行了圆二色性CD光谱及UV光谱的测定,同时采用自制的旋光色散仪对其在上述6个方向的旋光色散特性进行了研究.首次从实验上证实,在紫外区域,氯酸钠晶体在各个方向上均表现出相同的圆二色性;在可见光区域,氯酸钠晶体在各个方向上均表现出相同的旋光色散特性,这一现象与另外一种手性晶体水晶显然是不同的.     

手性ABM态p波超导体上临界磁场的角依赖关系

利用格林函数方法,通过Klemm-Clem变换,计算具有正交晶格结构椭球形费米面的手性ABM态p波超导体上临界磁场的角依赖关系.超导序参量选取具有手性ABM对称性的等自旋配对单分量形式.当椭球形费米面满足一定条件时,上临界磁场随角度呈现非单调变化,表明除配对电子有效质量的各向异性外,手性ABM态p波超导体也具有超导序参量的各向异性.计算结果可用于判断重费米子超导体Sr2RuO4的配对电子空间结构.     

相变材料与超表面复合结构太赫兹移相器

利用相变材料嵌入超表面组成复合结构实现太赫兹移相器,该器件自上而下依次为二氧化钒嵌入金属层、液晶、二氧化钒嵌入金属层、二氧化硅层.通过二氧化钒的相变特性和液晶的双折率特性同时作用实现对器件相位调控.随着外加温度变化二氧化钒电导率发生改变,器件的相位随之产生移动,同样的对液晶层施加不同的电压导致液晶折射率发生变化,器件相位也会有影响.经过这两种介质共同作用,最终实现对太赫兹波相位有效调控.仿真结果验证了该相移器在频率f=0.736 THz时,太赫兹移相器的最大相移量达到355.37°,在0.731—0.752 THz(带宽为22 GHz)频率范围相移量超过350°.这种基于相变材料与超表面复合结构为灵活调控太赫兹波提供了一种新思路,将在太赫兹成像、通信等领域有着广泛的应用前景.     

一道旧高考题引发的讨论

原题 (2003年·上海)一质量不计的直角形支架两端分别连接质量为m和2m,的小球A和B,支架的两直角边长度分别为2L和L,支架可绕固定轴O在竖直平面内无摩擦转动,如图1所示.     

基于金纳米棒组装的半胱氨基酸分子同手性识别

本文通过半胱氨酸分子诱导金纳米棒自组装形成一维线性链状结构,利用停留装置观察了不同手性的半胱氨酸分子(L/D-半胱氨酸)诱导金纳米棒自组装的动力学过程.通过调控CTAB浓度,首次发现在组装速率很快的情况下,L-半胱氨酸分子诱导金纳米棒自组装的组装速率慢于D-半胱氨酸分子.而在组装速率较慢的情况下,这种情况不存在.通过分析揭示了为什么在慢速动力学和快速动力学会出现这种差异.并对在快速动力学下不同手性分子在诱导纳米颗粒组装上不同动力学行为作出讨论.这一工作可能为进一步解释生命的单一手性现象提供线索.     

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模，采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中，首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列；然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE)，以氧气为气源，利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用，通过改变刻蚀时间，制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列；接着以此二维PS胶体单层膜为掩模，以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀；最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明：改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间，可以控制硅柱的尺寸以及形貌，而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径. 关键词： 胶体晶体刻蚀 纳米硅柱阵列     

Nanogaps in 2D Ag‐nanocap arrays for surface‐enhanced Raman scattering

The surface‐enhanced Raman scattering substrate of Ag–Ag nanocap arrays are prepared by depositing Ag film onto two‐dimensional (2D) polystyrene colloidal nanosphere templates. When the original colloidal arrays are used as the substrate for Ag deposition, surface‐enhanced Raman scattering (SERS) enhancements show the strong size‐dependence behaviours. When O₂‐plasma etched 2D polystyrene templates are used as the substrate for Ag deposition to form nanogaps, the gap sizes between adjacent Ag nanocaps from 5 to 20 nm generate even greater SERS enhancements. When SiO₂ coverage is deposited to isolate the Ag nanocaps from the neighbours, the SERS signals are enhanced more. The significant SERS effects are due to the coupling between Ag nanocaps controlled by the distance, which enhances the local electric‐field intensity. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Nanosphere dispersion on a large glass substrate by low dose ion implantation for localized surface plasmon resonance

Dispersing nanospheres on a large glass substrate is the key to fabricate noble metal nanostructures for localized surface plasmon resonance through dispersed nanosphere lithography. This article reports that by modifying the glass surface with low dose ion implantation and successively dip coating the surface with poly(diallyldimethyl ammonium chloride) (PDDA), polystyrene or silica nanospheres can be dispersed on a large glass substrate. Investigation shows that several kinds of ions, such as silicon, boron, argon, and arsenic, can improve the nanosphere dispersion on glass, attributed to the ion bombardment-caused silicon increment. Ion implantation imposes no surface roughness or optical loss to the glass substrate, thus this method is suitable for localized surface plasmon resonance application. Experiments show silicon ion implantation can best disperse the nanospheres. For the gold nanostructures obtained by obliquely evaporating 30 nm of gold film onto the polystyrene nanospheres, which are dispersed on a silicon ion implanted glass substrate, a localized surface plasmon resonance sensitivity of 242 nm/RIU is achieved.     

Large-scale protein/antibody patterning with limiting unspecific adsorption

A simple synthetic route based on nanosphere lithography has been developed in order to design a large-scale nanoarray for specific control of protein anchoring. This technique based on two-dimensional (2D) colloidal crystals composed of polystyrene spheres allows the easy and inexpensive fabrication of large arrays (up to several centimeters) by reducing the cost. A silicon wafer coated with a thin adhesion layer of chromium (15 nm) and a layer of gold (50 nm) is used as a substrate. PS spheres are deposited on the gold surface using the floating-transferring technique. The PS spheres were then functionalized with PEG-biotin and the defects by self-assembly monolayer (SAM) PEG to prevent unspecific adsorption. Using epifluorescence microscopy, we show that after immersion of sample on target protein (avidin and anti-avidin) solution, the latter are specifically located on polystyrene spheres. Thus, these results are meaningful for exploration of devices based on a large-scale nanoarray of PS spheres and can be used for detection of target proteins or simply to pattern a surface with specific proteins.     

花状纳米金结构阵列的工艺制备与拉曼增强研究

基于纳米球光刻技术制备了一种花状纳米金结构阵列,经过PS509 nm球旋凃和ICP氧刻蚀,再通过镀金膜与高温退火工艺,纳米球阵列的表面被粗糙化,进而形成了一种鳞状的花状阵列 。FDTD仿真结果表明,制备的这种阵列具备很高的电磁场增强特性,主要的增强集中于纳间隙的边缘处。以罗丹明 6G染料为探针分子测试基底的拉曼效应,与金基底的拉曼信号相比,该纳米结构阵列拉曼增强效应明显,对罗丹明 6G的检测极限达到了10-6 mol/L的水平。     

基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究

纳米光子学是研究光在纳米尺度下的行为以及光和纳米材料相互作用的一门科学.金属纳米材料凭借其独特的表面等离子体效应,可以在衍射极限以下对光进行传递和聚焦,因而是纳米光子学研究的重点.大量研究表明,通过调控金属纳米材料的形貌和成分可以控制表面等离子体的性质,从而对光进行可控调节.近年来,随着DNA纳米技术的发展,又为纳米光子学的发展带来了新的机遇.首先,人们发现不同的DNA序列可以调控金属纳米颗粒的成长,从而影响金属纳米颗粒的形貌和成分.此外,利用DNA自组装技术,可以将金属纳米颗粒组装成为有序可控的纳米结构.因此,基于DNA的纳米光子学研究近年来发展十分迅速.在此背景下,本文对相关研究进行归纳与总结,以期吸引更多研究人员的关注,推动该领域的进一步发展.本文首先介绍了金属纳米结构基于表面等离体实现突破光学衍射极限的原理,然后按照DNA对金属纳米结构的形貌或成分影响方式的不同分成若干部分,对基于DNA的纳米光子学做了系统的综述,最后展望了未来可能的发展方向.     

Nanoscale metal pillar arrays on elastomeric substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy platform

The nanostructures found in nature sometimes have elaborate, three-dimensional structures that consist of soft and flexible constituents, and which exhibit diverse mechanical and optical functions. Here, we introduce a facile, low-cost and scalable nanofabrication approach based on a hot embossing process that can replicate sub-micron to nanoscale features on elastomeric substrates. We have further developed this technique to achieve polymer/metal heterostructure nanopillar arrays via conformal coating of Au films on polymeric templates. Each nanopillar displays a smooth surface and a constant diameter along the vertical direction. Raman spectroscopy studies revealed that the metallic nanostructures decorated with methylene blue exhibited a dominant Raman peak at 1624 cm⁻¹ that was enhanced more than 3000 times and seven times relative to bare planar Si and Au-coated planar polystyrene substrates, respectively. These results indicate that our nanopillar array can be exploited as a flexible, large area platform for surface-enhanced Raman spectroscopy.     

一种用于LSPR传感器的准正方型银纳米颗粒阵列制备

首先控制聚苯乙烯纳米球(PS球)乳液在基片上的干燥温度,采用自组装方法,使用单一粒径的PS球制备出单层的PS球亚稳态正方排列结构模板。然后,在模板上通过磁控溅射法沉积一层银膜。利用纳米球光刻技术,去掉PS球模板得到二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒阵列结构。     

利用单层密排的纳米球提高发光二极管的出光效率

在发光二极管(LED)的透明电极层上制作单层六角密排的聚苯乙烯(polystyrene, PS) 纳米球, 研究提高GaN基蓝光LED的出光效率. 采用自组装的方法在透明电极铟锡氧化物层上制备了直径分别约为250, 300, 450, 600和950 nm的PS纳米球, 并且开展了电致发光的研究. 结果表明, 在LED的透明电极层上附有PS纳米球能有效地提高LED的出光效率; 当PS纳米球的直径与出射光的波长比较接近时, LED的出光效率最优. 与参考样品相比, 在20 mA和150 mA工作电流下, 附有PS纳米球的样品的发光效率分别增加1.34倍和1.25倍. 三维时域有限差分方法计算表明, 该出光增强主要归因于附有PS纳米球的LED结构可以增大LED结构的光输出临界角, 从而提高LED的出光效率. 因此, 这是一种低成本的实现高效率LED的方法.     

Magnetic properties of Co films and Co/Pt multilayers deposited on PDMS nanostructures

The magnetic properties of magnetron sputtered Co films (with in-plane anisotropy) and Co/Pt multilayers (with perpendicular anisotropy) deposited on elastomeric poly-dimethylsiloxane (PDMS) films and nanostructured templates are presented. Apart from the etched nanosize features, maze-like submicron features develop after the sputter deposition as a result of film buckling due to thermal contraction of the underlying PDMS layer. The nanostructured templates can physically isolate the magnetic entities but magnetic correlations within the range of the buckling features remain. By using oblique deposition geometries in-plane anisotropy develops and it is transferred to the PDMS buckling patterns. In the case of Co/Pt multilayers deposition on PDMS nanostructured templates results in a loss of the perpendicular anisotropy, attributed to the acuteness of the PDMS nanostructures.