I en ny publikation från Opto-Electronic Advances, forskargrupperna av professor Zhong-Qun Tian från Xiamen University, Xiamen, Kina och professor Huigao Duan från Hunan University Changsha, Kina diskuterar nanobryggade rombiska antenner som stödjer både dipolära och högordnade plasmoniska lägen med rumsligt överlagrade hotspots i det mellaninfraröda.

Mittinfraröda antenner (MIRA), ofta konstruerade av metaller (t.ex. Au, Al eller Ag), högdopade III-V-halvledare, elektrondopad grafen eller fononpolaritonbaserade nanostrukturer, stödjer optisk resonans i den mellaninfraröda spektralen intervall (400 till 4000 cm−1). MIRA kan fungera som mottagningsantenner och därigenom koncentrera mellaninfraröda strålar från fritt utrymme till nanoskaliga regioner (kallas hotspots) i närheten av MIRAs yta. MIRA kan också fungera som en sändande antenner för att rikta förstärkning av värmestrålning som produceras av lokal uppvärmning av källor kopplade till MIRA. Dessa imponerande egenskaper hos MIRA har inspirerat ett brett spektrum av undersökningar av deras potentiella tillämpningar för ytförstärkt infraröd absorption (SEIRA) spektroskopi, vilket leder till ultrahöga känsligheter (upp till hundratals oscillatorer), för biologiska och kemiska sensorer i det mellaninfraröda området, för strålformskonstruktion av kvantkaskadlasrar, och för högkänsliga fotodetektorer med förbättrad absorption och effektivitet för fotobäraruppsamling i mellaninfrarött. Kärnelementen för de högpresterande applikationerna är MIRAs mikro- och nanostrukturer, men utvecklingen av MIRA-strukturer ligger långt efter den för optiska antenn-nanostrukturer i det synliga spektralområdet.

Enarmade dipolära antennstrukturer är bland de mest klassiska MIRA, ofta bestående av guldstavar med avstämbara resonansvåglängder genom att justera längden på stavarna. Dessutom har tvåarmade dipolära antenner med nanometerstora luckor (nanogaps), såsom guldstavsdimerer, också utvecklats på grund av styrkan hos de lokala fältförstärkningsfaktorerna i deras nanogaps. Ändå stöder både enarmade och dubbelarmade dipolära antenner vanligtvis endast det dipolära resonansläget som är ett grundläggande och smalbandigt läge med en typisk bandbredd runt 200–500 cm−1. Vanligtvis är högordningslägen i enarms- eller dubbelarmstyp vanligtvis för svaga i det optiska spektrat. Denna funktion begränsar applikationen som kräver flera resonanser i MIR-regionen.

För att erhålla multiband MIRAs har flera mikro- och nanostrukturer utöver enarmade eller dubbelarmade antenner designats, bland dem guld nano-kors, nanoaperturstrukturer, fraktala mikrostrukturer, log-periodiska trapetsformade strukturer och dipolära antenner med flera längder. Dessa strukturer kan kategoriseras i mikro- och nanostrukturer som stöder flera dipolära lägen. I grund och botten är det en långsiktig utmaning att utveckla enarmade eller dubbelarmade antenner som stödjer samtidigt uttalade fundamentala och högordnade plasmoniska lägen såsom ett fyrpolärt läge.

Forskargruppen av professor Zhong-Qun Tian från Xiamen University och professor Huigao Duan från Hunan University designade och tillverkade en flerskalig nanobryggad rombisk antenn (NBRA, Fig. 1a) som stödde två dominerande resonanser i MIR (Fig. 1b), inklusive en laddningsöverföringsplasmon (CTP) band och ett bryggt dipolärt plasmon (BDP) band som ser ut som en fyrdubbel resonans. Dessa tilldelningar bevisas av scattering-typ scanning near-field optical microscopy (s-SNOM) imaging och elektromagnetiska simuleringar. Jämfört med andra nanobryggade strukturer, såsom nanobryggade skivor eller rektanglar, visar NBRA distinkta multibandsresonanser i det mellaninfraröda området i de simulerade utsläckningsspektra. Vidare är hotspots av NBRA belägna vid strukturens yttersta delar, medan hotspots för nanobryggade skivor eller rektanglar vid CTP-resonansen är dispersivt fördelade. Högordningens band förekommer endast med nanometerstor brygga (nanobrygga) kopplad till den ena änden av den rombiska armen som huvudsakligen fungerar som induktansen och motståndet av RLC-kretsanalysen. Dessutom är de huvudsakliga hotspots som är förknippade med de två resonansbanden spatialt överlagrade, vilket möjliggör en ökning av det lokala fältet för båda banden genom flerskalig koppling. Med stora fältförbättringar uppnås flerbandsdetektering med hög känslighet för ett monolager av molekyler vid användning av SEIRA-spektroskopi. Detta arbete tillhandahåller en ny strategi för att aktivera högordningslägen för att designa multiband MIRAs med både nanobryggor och nanogaps för sådana MIR-applikationer som multiband SEIRAs, IR-detektorer och strålformning av kvantkaskadlasrar i framtiden. + Utforska vidare

Konstruerar enkelmolekylär fluorescens med asymmetriska nanoantenner