Atomically flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry
高清晰度等离子体纳米结构的深亚波长集成对于开发用于高速通信、量子计算和芯片实验室应用的未来光学纳米电路具有关键重要性。到目前为止，由多个功能元件组成的扩展等离子体网络的实验实现仍然具有挑战性，这主要是由于常用的热蒸发金层的多结晶性。在单个电路元件中产生的结构缺陷将大大降低功能集成纳米电路的产量。在这里，我们展示了使用非常大（>100 μ m^2）但薄（<80 nm）的化学生长单晶金薄片，固定后，作为聚焦离子束铣削和其他自上而下的纳米纤维技术在任何所需的基板上的理想基础。使用这种方法，我们获得了高清晰度的超光滑的金纳米结构，具有优越的光学性能和可重复的纳米尺寸的功能超过微米的长度尺度。我们的方法提供了一个可能的解决方案，以克服目前的制造瓶颈，实现高清晰度的等离子体纳米电路。
2010-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Transport of hot carriers in plasmonic nanostructures
等离子体激元热载流子器件在平衡之前从金属纳米结构中提取受激载流子，并且具有超越半导体光吸收剂的潜力。然而，到目前为止，它们的效率仍然远低于理论极限，这需要定量预测等离子体结构中的载流子传输和能量损失，以识别和克服载流子收集中的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论和计算框架，空间和能量的非平衡散射（NESSE），结合相空间（玻尔兹曼）和粒子为基础的（蒙特卡罗）方法的最佳功能来预测载流子能量分布的空间演化。在NESSE框架内，我们在原子尺度上桥接等离子体衰变和载流子碰撞积分的第一原理电子结构预测，并在纳米到介观尺度上进行电磁场模拟。最后，我们应用NESSE来预测光激发载流子的空间分辨能量分布，这些光激发载流子在几十到几百纳米的长度尺度上影响实验上可实现的等离子体纳米结构的表面，从而实现热载流子器件的第一原理设计。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Leveraging Plasmonic Hot Electrons to Quench Defect Emission in Metal -- Semiconductor Nanostructured Hybrids: Experiment and Modeling
该研究通过实验与半经典建模，揭示了嵌入金纳米颗粒的氧化锌纳米棒中缺陷发光猝灭、近带边发射增强的机制，为杂化等离子体系统热载流子动力学研究提供了通用基础。
2023-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantum Electrodynamics is Crucial for Plasmonic Resonance of Metallic Nanostructures
金属纳米结构的等离子体共振是由入射光驱动其传导电子的相干运动引起的。在共振时，纳米结构中的感应偶极子与传导电子的数量成比例，因此比原子中的感应偶极子大$10^{7}$倍。感生偶极子与入射光的涨落虚场之间的相互作用能可达零点几eV。因此，经典的电磁学主导的领域变得不够。我们认为，量子电动力学（QED）应该代替作为基本理论来描述虚场及其与电子的相互作用。基于量子电动力学，我们推导出等离子体共振频率的解析表达式，它取决于三个容易获得的材料参数。分析理论与实验数据吻合得很好，可用于材料的合理设计。
2015-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the origin of chirality in plasmonic meta-molecules
手征性是自然界所有领域的基本特征，从粒子物理学到电磁学，再到化学和生物学。手性对象缺乏镜像平面和反转对称性，因此不能与它们的镜像对应物（它们的对映体）在空间上对齐。天然分子和人工手性纳米结构都可以通过它们的光-物质相互作用来表征，这反映在圆二色性（CD）中。使用DNA折纸，我们从多个等离子体纳米粒子组装模型元分子，代表精确定位在空间中的元原子。这使我们能够逐片重建不同大分子几何形状对其周围光学近场的影响。在我们构建第三维的情况下，CD签名的出现之后，我们通过添加或删除人工分子中的单个粒子来设计和实现符号翻转信号。我们的数据和理论模型揭示了迄今尚未认识到的手性等离子体介电耦合现象，解释了复杂的电磁相互作用内的混合DNA为基础的等离子体纳米结构。
2022-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
SERS Plasmonic Enhancement using DNA Origami-based Complex Metallic Nanostructures
DNA“折纸”是一种新型的自组装技术，可以形成各种二维形状，并以纳米精度定位物质。它已被用于协调放置纳米级物体，有机和无机;使分子马达和步行者;并创建光学活性纳米结构。在这里，我们使用DNA折纸模板工程表面增强拉曼散射（SERS）基板。具体地说，金纳米粒子选择性地附着在矩形折纸的角落，随后通过基于溶液的金属沉积来扩大。所得到的组件被设计成在纳米颗粒之间形成增强的电磁场的“热点”。我们观察到一个显着的增强拉曼信号从共价连接到组件的分子，相比，控制纳米粒子样品，缺乏粒子间的热点。我们的方法开辟了使用DNA折纸合理地设计和组装分子光谱等离子体结构的前景。
2014-01-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Multilayered plasmonic nanostructures for solar energy harvesting
利用Mie理论和热传导方程对核壳壳结构Au@SiO2@Au纳米结构的光学性质及其在太阳能收集方面的应用进行了理论研究。与体金介电函数的尺寸相关的修改的理论分析与以前的实验结果吻合得很好。我们使用适当的吸收截面，以确定的太阳能吸收效率的纳米异质结构，这是强烈的结构依赖性，并预测随时间变化的温度增加的纳米壳溶液在模拟太阳照射。与以前的温度测量和太阳能转换效率的理论评估进行了比较，讨论了潜在的机制提供新的见解。我们的方法将加速太阳能收集中的材料和结构测试。
2018-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Single-crystalline Aluminum Nanostructures on Semiconducting GaAs Substrate for Ultraviolet to Near-infrared Plasmonics
铝作为一种用于等离子体的金属材料，由于其将表面等离子体共振的应用扩展到紫外（UV）区域并且在天然丰度、成本和与现代半导体制造工艺的兼容性方面优于贵金属而引起极大兴趣。在这里，我们提出了紫外近红外（NIR）等离子共振单晶铝纳米缝和纳米孔。采用分子束外延（MBE）方法在半导体GaAs衬底上生长了超光滑的单晶铝膜，利用聚焦离子束（FIB）铣削技术在其上制备了高清晰度的纳米结构。单晶铝膜由于超光滑的表面而显示出改善的反射率和降低的双光子光致发光（TPPL）。线性散射和非线性TPPL进行了详细研究。纳米缝阵列显示出清晰的类Fano共振，纳米孔被发现支持光子模式和局域表面等离子体共振。我们还发现，TPPL的产生是更有效的激发偏振平行，而不是垂直于铝膜的边缘。这种违反直觉的现象归因于GaAs衬底的高折射率。我们表明，从铝TPPL的偏振很好地保留了激发极化，是独立的薄膜或基板的晶体取向。我们的研究深入了解了高折射率半导体GaAs衬底上铝纳米结构的光学性质，并说明了一个实用的路线，以实现等离子体器件到半导体上的未来混合纳米器件。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical model for plasmonic photothermal response of gold nanostructures solutions
利用瞬态生物热方程和扩展的Mie理论研究了分散在水中的金核壳纳米粒子和纳米棒的光热效应。正确计算吸收截面是确定溶液温度升高的一个极其重要的里程碑。假设纳米结构随机且均匀地分布在溶液中。与以前的实验相比，我们的理论温度增加激光照射过程中提供，在各种系统中，既合理的定性和定量协议。这种方法可以是一个高度可靠的工具来预测光热效应在实验上未探索的结构。我们还验证了我们的方法，并讨论其局限性。
2017-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nonreciprocal plasmons in one-dimensional carbon nanostructures
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚研究高级学院）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（POLIMA-极化激元驱动光物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高等研究院，南丹麦大学）
本研究通过偏置石墨烯纳米带和碳纳米管实现非互易等离子体控制，揭示电偏压可打破互易性，为非互易纳米光子学提供新平台。
2025-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced solar photothermal effect of PANi fabrics with plasmonic nanostructures
采用基于热扩散方程的模型，研究了聚苯胺（PANi）-棉织物在悬挂和漂浮状态下的光热能量转换。完美的吸收和抗反射的湿挂聚苯胺棉织物导致快速转移到水中的总入射光限制近100 $\%$的阳光。结果，发现悬挂膜比浮在水面上的织物具有更吸引人的特性。然而，我们发现，通过将TiN纳米颗粒分散在织物下方的水中，可以大大增强浮动PANI棉膜的光热性能。TiN纳米颗粒溶液的温度梯度计算结果表明，随着纳米颗粒密度的增加，吸收的能量增加，光热过程主要发生在表面附近。集体加热效应取决于纳米颗粒的尺寸和密度，这可以进一步用于调节光热过程。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
From hollow gold nanoparticles to gold nanorings: Morphological tunability of the plasmonic response
利用聚赖氨酸氢溴酸盐（PLL）作为还原剂和稳定剂，可以对中空金纳米粒子（HGNP）的光学和形貌进行精细修饰。我们调查本地的等离子体响应这些纳米结构的电子能量损失谱（EELS）。等离子体激元激发解释离散偶极近似（DDA）模拟。我们证明，这种控制自上而下的形态修改的光学响应的微调是可能的。与传统的光刻技术不同，这是使用湿化学以受控的方式实现的，使得这些纳米结构能够用于广泛的等离子体应用，包括生物医学，催化和量子通信。
2014-09-06 cond-mat.mtrl-sci
DNA-based Self-Assembly of Chiral Plasmonic Nanostructures with Tailored Optical Response
在金属纳米结构中产生的表面等离子体共振可以用于定制电磁场。这种结构的精确空间排列可以产生令人惊讶的光学特性，这些特性在任何天然存在的材料中都没有发现。在这里，设计的活动出现在集体效应的单一组件配备有限的个人功能。通过常规光刻方法自上而下制造具有在可见光范围内的预先设计的光学响应的等离子体材料由于其有限的分辨率、缩放的复杂性以及将这些技术扩展到三维架构的困难而仍然具有挑战性。分子自组装提供了一种替代途径来产生这种材料，其不受上述限制的约束。我们演示了如何DNA折纸方法可以用来生产等离子体材料与定制的光学响应在可见波长。利用3D DNA折纸的组装能力，我们将空间精度为2 nm的金属纳米颗粒排列成纳米级螺旋。螺旋结构在溶液中以大规模平行的方式组装，并具有接近定量的产量。作为一个设计的光学响应，我们产生了巨大的圆二色性和光学旋转色散在可见光范围内，起源于集体等离子体激元-等离子体激元相互作用内的纳米螺旋。我们还表明，通过改变金属纳米颗粒的组成，可以通过可见光谱调谐的光学响应。观察到的效果与入射光的方向无关，并且可以通过设计在左手和右手方向之间切换。我们的工作展示了从精确设计的纳米组装生产复杂的散装材料，并突出了DNA自组装用于制造等离子体纳米结构的潜力。
2011-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
2D wavelength-polarization dispersive microspectroscope based on a hybrid plasmonic helical nanostructure
微型光谱仪具有良好的便携性和集成性，有望为日常生活提供快速的检测工具，为研究人员提供革命性的技术手段。由于微型光谱仪的占地面积非常有限，很难像传统光谱仪那样通过在光路中放置起偏器来分析偏振特性。在这里，我们展示了一种新的二维波长偏振色散显微光谱的基础上的碳纳米线圈与等离子体金纳米粒子（Au/CNC）作为色散组件。通过显微光谱和傅立叶空间显微镜的研究，揭示了Au/CNC的独特的二维色散特性。沿着线圈的轴，Au/CNC将光作为波长分散到不同衍射级的波段，就像光栅一样。在相当大的可见-近红外波长范围内，可以从信号线的位置获得入射光的波长，并具有可接受的分辨率。在垂直于线圈轴的方向上，入射光被分散为具有亮区和暗区的偏振。我们可以区分左右圆偏振光，也可以得到线偏振光的偏振方向。基于这种效应，可以建立一个很好的二维波长偏振显微光谱仪。它不仅可以用微小的色散分量实现波长分析，而且可以同时了解入射光的偏振特性。此外，这个强大的工具可以通过与其他系统集成来进一步发展新的革命性技术。
2021-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Universal nature of collective plasmonic excitations in finite 1-D carbon-based nanostructures
Tomonaga-Luttinger（TL）理论预测了有限长度的一维纳米结构导体中的集体等离子体共振，其变化大致与结构的长度成反比。深入的定量了解这种共振，还没有明确确定在实验中，到目前为止，将是非常宝贵的未来几代的纳米光子和纳米电子器件，采用1-D导体。在这里，我们提供的等离子体共振在一些代表性的1-D有限的碳基纳米结构使用第一原理计算电子光谱研究的证据。我们的专用实时空间/实时全电子时间依赖密度泛函理论（TDDFT）模拟器可以执行激发态计算，以获得正确的频率为已知的光学跃迁，并捕捉各种纳米效应，包括集体等离子体激元激发。一维等离子体激元的存在是普遍预测的各种数值实验，这也证明了共振分裂的现象。对于所研究的金属碳纳米管，等离子体激元预计与无限长一维结构的T-L等离子体激元有关。
2015-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Separating physically distinct mechanisms in complex infrared plasmonic nanostructures via machine learning enhanced electron energy loss spectroscopy
低损耗电子能量损失谱（EELS）已经成为一种用于探索纳米级等离子体现象的局部化的技术，需要从3D光谱数据集分析物理行为。对于具有高度局部化的系统，线性解混方法为探索性分析提供了极好的基础，而在更复杂的复杂系统中，需要大量的组件来准确捕获真实的等离子体响应，并且组件的物理可解释性变得不确定。在这里，我们探索基于机器学习的低损耗EELS数据分析掺杂半导体纳米粒子的异质自组装单层膜，支持红外共振。我们提出了一个途径的监督分析EELS数据集，分离和分类的电影与物理上不同的光谱响应的区域。的分类被证明是强大的，准确地捕捉复杂的纳米结构的共同spatiospectral tropes，并可在不同的数据集之间转移，以允许高通量分析大面积的样品。因此，它可以用作基于贝叶斯优化的自动化实验工作流程的基础，如非原位数据所示。我们进一步证明了使用非线性自编码器（AE）结合聚类的AE的潜在空间产生高度减少的系统响应的表示，产生洞察相关的物理不依赖于操作员的输入和偏见。这些监督和非监督工具的组合提供了对纳米等离子体现象的互补洞察。
2020-09-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci eess.IV
Preventing Aluminum Photocorrosion for Ultraviolet Plasmonics
紫外（UV）等离子体激元旨在将分子在UV范围内的强吸收带与等离子体激元纳米结构的强电磁场相结合，以促进表面增强光谱和催化。目前，铝是用于UV等离子体的最广泛使用的金属，并且由于其天然氧化铝层钝化金属表面，通常被认为是非常稳定的。然而，我们在这里发现，在266 nm的紫外线照射下，铝可以在几十秒内，甚至在低平均紫外线功率下，在水中发生剧烈的光腐蚀。这种铝在水环境中的不稳定性严重限制了UV等离子体的应用。结果表明，铝的光腐蚀与水在紫外光区的非线性吸收有关，导致产生羟基自由基。不同的防蚀方法进行了测试，使用清除剂的活性氧物种和聚合物层沉积在顶部的铝结构。通过优化保护，我们将可用的紫外线功率范围提高了10倍，从而不会产生可见的光腐蚀效应。该技术对于实现铝纳米结构在水溶液中用于UV等离子体激元的稳定使用至关重要。
2019-07-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strong Plasmonic Enhancement of Photovoltage in Graphene
在石墨烯广泛的潜在应用中，从晶体管和化学传感器到纳米机电设备和复合材料，光子学和光电子学领域被认为是最有前途的领域之一。事实上，石墨烯对于高速光电探测的适用性在以10 Gbit/s \cite运行的光通信链路中得到了证明。然而，与传统的基于III-V族的光电探测器相比，基于石墨烯的光电探测器的低响应度是潜在的缺点。在这里，我们表明，通过将石墨烯与等离子体纳米结构相结合，由于pn结区域中的场集中，基于石墨烯的光电探测器的效率可以提高高达20倍。此外，波长和偏振选择性可以采用不同几何形状的纳米结构来实现。
2011-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring hot-carrier distributions of plasmonic nanostructures through surface alloying
本研究通过第一性原理模拟探究表面合金种类与浓度对银纳米颗粒热载流子分布的影响，揭示非贵金属表面合金调控热空穴/电子产生的机制与规律，为等离子体催化的精准设计提供指导。
2023-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
