科學島團隊單顆粒納米腔中最終近場增強極限探測研究取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】近日，中科院合肥物質院健康所楊良保研究員課題組在單顆粒納米腔中最終近場增強極限的探測方面取得進展，相關成果發表在國際頂級期刊Nano Letters上，并且被選為當期正封面(圖1)。
 

　　楊良保研究員團隊一直從事表面增強拉曼光譜(SERS)檢測方法的研究，取得了一系列研究成果。由于SERS檢測技術強烈依賴于等離子體場強，在不斷創新和發展SERS檢測技術過程中，發現納米尺度下的近場強度分布不均 (Siyu Chen, Liangbao Yang et. al., J. Am. Chem. Soc., 2022, 144,29,13174-13183)。在此研究基礎上，團隊一直在追求追求使用相鄰金屬納米間隙來實現更大的電磁增強，以促進光與物質的相互作用。但納米間隙的減小會造成量子隧穿效應的出現，這對于 SERS 檢測來說是很不利的。因此，對主動控制電子隧穿量子效應的研究非常必要的。
 

　　鑒于此，楊良保課題組利用單層h-BN形成的高隧穿勢壘主動阻斷電子隧穿效應，通過探測單顆粒納米腔中h-BN本征SERS強度定量探測經典框架內最終的近場增強極限(圖2左)。該研究通過熱電子隧穿量子計算以及層數依賴的散射光譜實驗等，均證明了單層h-BN阻擋了電子隧穿。研究通過SEM-SERS同區域成像獲得的最大SERS增強因子，將這些實驗結果與經典電磁模型與量子校正模型獲得的計算結果進行比較，發現了經典電磁模型確實較好地符合實驗數據，實現了經典框架內最終的近場增強極限的探測(圖2右)。該工作有助于進一步剖析等離子體增強中的量子力學效應等，為量子等離子體學和納米隙光動力學提供了重要指導。
 

　　該工作的第一作者為健康所2019級博士生陳思雨。該項研究受到中國科學院科研儀器裝備開發項目、國家自然科學基金、安徽省自然科學研究項目等資助。
 

圖1 Nano letters的正封面
 

　　圖2 (左) 設計了一個獨特的納米腔，用單層 h-BN 作為電子隧穿屏障和 SERS 探針，在埃級尺寸的間隙內，通過 h-BN 本征 SERS 強度探測納米腔中最終近場增強極限; (右) 實驗測量和模擬的體平均 SERS增強因子隨間隙大小 (h-BN層數)的變化。