單個表面等離激元納米結構調控分子光輻射的研究

《單個表面等離激元納米結構調控分子光輻射的研究》是依託北京大學，由呂國偉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單個表面等離激元納米結構調控分子光輻射的研究
• 依託單位：北京大學
• 項目負責人：呂國偉
• 項目類別：面上項目

項目摘要

金屬納米結構亦稱光學納米天線，其表面等離激元共振對分子自發光輻射過程的影響顯著，其中的相互作用現象在許多前沿交叉領域是重要的科學問題。本項目將在實驗上著重觀測單個等離激元納米結構附近的分子螢光行為，並在理論上模擬計算其相互作用過程，以深入研究和理解其物理內涵。我們將基於近場光學掃描顯微鏡的多功能複合測試平台，原位觀測研究單個金屬納米結構附近的分子螢光光譜、螢光強度、激發態壽命、輻射遠場角分布及偏振等特性。並且將把實驗結果的數據統計分析和電磁數值理論模擬結果相結合，探索增強金屬納米結構與螢光分子相互作用的關鍵因素。期望通過選擇納米結構的材料性質，控制其幾何尺寸、形狀、間距等，以及設定激發和探測配置等，實現最佳化的納米光學天線以調控分子螢光發射特性。使之既能夠極大地增強螢光輻射強度，也能調控分子輻射方向即具有較好的單向性，實現高靈敏的單分子螢光探測，以用來探索在生物探測方面的套用研究。

結題摘要

對自發輻射過程的調控是許多前沿領域的重要基礎科學問題，通過調節發射源附近的電磁場環境可實現對自發輻射的調製。金屬納米結構亦稱光學納米天線由於其表面等離激元共振特性，可以極大的局域增強電磁場從而可高效的調控電磁環境實現對自發輻射的調控。在項目支持下，我們首先基於近場光學掃描顯微鏡，建立了多功能複合測試平台，可是原位觀測研究單個金屬納米結構附近的分子螢光光譜、螢光強度、激發態壽命、輻射遠場角分布及偏振等特性。我們在理論上設計研究了多種光學納米天線，如何高效增強局域激發場強，提高發射量子效率，控制發射方向，提高探測信號噪音比等多個方面。同時，在實驗上我們研究了單個金屬納米結構的表面增強光譜，如表面增強石墨烯拉曼散射和金屬表面增強螢光的研究。並在原位多功能探測系統上實現了單個金納米顆粒與單個發光體的耦合，同時實現了光發射的增強和光發射方向的調控。