局域表面等離子-激子強耦合的非線性和超快動力學研究

《局域表面等離子-激子強耦合的非線性和超快動力學研究》是依託華東師範大學，由張三軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：局域表面等離子-激子強耦合的非線性和超快動力學研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張三軍
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

表面等離子具有波長小於激發光波長、局域電場顯著增強、可控制電磁波在納米尺度的傳播等優點，可用來實現高解析度顯微鏡、高靈敏度探測器、以及兼具電子器件的小尺寸和光子器件的高工作頻率優點的新型納米表面等離子光子器件，已形成國際上迅猛發展的熱點研究領域之一。本項目將研製基於表面等離子的非線性顯微成像系統, 通過新方法主動控制產生的局域表面等離子，實現在單一納米顆粒附近的選擇產生，並研究局域表面等離子與納米材料（有機-無機雜化鈣鈦礦等）中激子強耦合的非線性光學效應和超快動力學過程.通過與光學材料中激子的強耦合，可以對表面等離子進行中繼、放大等主動控制,從而解決它的傳播距離僅為微米量級的缺點,使得此裝置可以進行高靈敏度、高解析度的顯微成像，從而實現單分子的多種頻譜測量，有望為基於表面等離子的新型超齡敏感測器及新的表面等離子光子器件提供新原理和新方法。

結題摘要

本項目致力於研究表面等離子與激子強耦合過程中的新原理及新現象，尤其是其非線性和超快動力學過程。我們按照項目進度執行，並圓滿完成了項目的計畫研究內容。 本項目的研究成果簡介如下： 1.本項目的研究有兩個關鍵要素，一個是納米金屬結構，一個是螢光材料，這兩部分的性質都可以影響強耦合過程。本項目的關鍵問題之一是納米金屬結構不能夠與螢光材料直接接觸，否則會造成材料螢光的淬滅。我們提出的解決方法之一就是通過化學的方法將這兩種物質組合在光學透明的SiO2納米結構中實現。在SiO2納米結構的研究中，我們發明了能夠一種公斤級生產SiO2納米材料的方法，此方法具有重要的工業套用前景。 2.納米銀顆粒縮小到1nm以下，能夠發射螢光，這為研究局域表面等離子-激子強耦合的非線性和超快動力學過程提供新的選項，因為這兩個要素在同一個納米結構中存在，從而不需要複雜的製備工藝來製備多層納米結構。我們研究了採用不同模板材料的銀納米顆粒，探討了其發光機理，我們發現螢光不是直接從小尺寸的納米顆粒發出的，而是通過小的納米顆粒表面的Ag+與醋酸跟的絡合作用發出的，我們通過不同的實驗、不同的測試手段對於此結果進行了證明，並進行了理論解釋。 3.為實現本項目的研究，我們組建了專門的測試儀器（螢光壽命光學顯微鏡、 頻率上轉換的飛秒螢光壽命測量系統），並發展了一系列的軟體、原理和技術方法來提高儀器的性能。 4.我們研究製備了一種新型的銀納米顆粒，因為採用了新型的模板劑，新的銀納米材料對於分子結構中具有芳香族結構的分子具有很強的吸附作用，可以大大的提高這類分子的拉曼檢測靈敏度。 在本項目執行中，我們發表標註本項目號的SCI論文5篇（其中包括兩篇學科頂級期刊J. Am. Chem. Soc.，三篇為通訊作者）。申請中國發明專利5項。參加國外學術會議2人次。 2名本項目培養碩士研究生已經畢業。並且項目負責人也獲得了2011年上海市科技啟明星人才計畫資助。