CN105973846B - 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 - Google Patents
一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105973846B CN105973846B CN201610286564.5A CN201610286564A CN105973846B CN 105973846 B CN105973846 B CN 105973846B CN 201610286564 A CN201610286564 A CN 201610286564A CN 105973846 B CN105973846 B CN 105973846B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nanometer rods
- type nanometer
- metal
- mim
- fano resonance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
- G01N21/554—Attenuated total reflection and using surface plasmons detecting the surface plasmon resonance of nanostructured metals, e.g. localised surface plasmon resonance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体，采用金属‑绝缘体‑金属(MIM)型纳米棒二聚体结构，分别通过不同平面内纳米棒LSPR模式的耦合激发磁表面等离激元(MSPs)，得到三次Fano共振；在xy平面上，两个尺寸完全相同的MIM型纳米棒边对边排列，两个金属层材质为金Au，厚度相等，两个金属层之间的介质层为二氧化硅SiO2。本发明的优点是：该MIM型纳米棒二聚体结构简单易于制备，可实现三次Fano共振，用于多波长光电子器件的设计与制备；当进行生化传感时，由于Fano共振的低损耗特性，加之利用多个具有不同灵敏度的波长共同传感，使得传感的灵敏度和精确度都能够得以提高。
Description
技术领域
本发明涉及金属纳米结构的Fano共振，特别是一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体。
背景技术
基于近年来微纳结构加工工艺的大步发展，纳米光电子技术使得光信号能够在纳米尺寸上进行处理及传输，从而成为研究的热点。金属纳米结构的局域表面等离激元共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)效应使得激发光场在纳米结构周围局部增强，且对周围介质环境变化及其敏感，被广泛应用于生化传感器的研究与制备。
LSPR共振谱线辐射损耗相对较大，共振峰谱线宽，从而限制了其传感灵敏度。金属纳米结构LSPR共振模式的相互耦合，可以实现一种非对称的谱型，即Fano共振。Fano共振取决于LSPR明态与暗态模式之间的相消干涉，带宽窄，能够大大提高LSPR传感器的品质因数。基于LSPR效应的Fano共振可利用开口纳米环、纳米柱多聚体、纳米棒聚合体等实现，比如专利：一种基于金纳米棒二聚体阵列Fano共振特性的传感器(公开号：CN104061997A)。
而且，基于LSPR效应的多重Fano共振近年来也加以研究及实现。多重Fano共振可用于多波长传感，大大提高了器件的灵活性。目前多重Fano共振主要基于平面型非对称结构，比如在U型的金属纳米开口环中嵌入纳米棒，开口环与金属棒之间的不等间距可导致双Fano共振线型[J.Q.Wang,C.Z.Fan,J.N.He,et al.,Double Fano resonances due tointerplay of electric and magnetic plasmon modes in planar plasmonicstructure with high sensing sensitivity,Optics Express,2013,21(2),2236-2244.]。具有不等间隔的平面型纳米棒三聚体也可以得到双次Fano共振，比如专利对称型纳米棒三聚体的双Fano共振特性阵列及其传感应用(公开号：CN104634437A)。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体，该MIM型纳米棒二聚体可实现三次Fano共振，可用于多波长传感，大大提高了器件的灵活性。
本发明的技术方案：
一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体，采用金属-绝缘体-金属(MIM)型纳米棒二聚体结构，分别通过不同平面内纳米棒LSPR模式的耦合激发磁表面等离激元(Megnetic surface plasmons，MSPs)，得到三次Fano共振；在xy平面上，两个尺寸完全相同的MIM型纳米棒边对边排列，两个纳米棒在y方向的间隔为G，G＝10nm，宽度均为W，W＝40nm，在xz平面上x方向的长度为L，L＝140nm，z方向的厚度为T，T＝50nm，两个金属层材质为金Au，厚度相等，均为20nm，两个金属层之间的介质层为二氧化硅SiO2，厚度为10nm。
本发明的工作机理：
入射光沿z轴垂直照射至二聚体上，电场方向分布平行于纳米棒的短轴(y方向：Ey)。当光垂直照射至二聚体时，每个MIM型纳米棒内的两个金属层内的LSPR模式均会被直接激发，即为LSPR明模。在纳米棒间隔很小时，这些LSPR模式会发生近场耦合，分别为xy平面内的相邻MIM纳米棒的LSPR模式耦合，以及MIM纳米棒在xz平面上下两个金属层内的LSPR模式耦合。当发生耦合的相邻纳米棒内电场反向时，就会激发磁振荡产生无辐射损耗的MSPs，从而LSPR明模分别与三个MSPs的相消干涉会产生三个共振峰，即三次Fano共振。
本发明的有益效果是：
目前已报道的三次Fano共振，主要基于纳米颗粒的多聚体，比如非对称纳米开口环的七聚体，(S.D.Liu,Z.Yang,R.P.Liu,et al.,Multiple Fano resonances inplasmonic heptamer clusters composed of split nanorings,ACS Nano,2012,6(7),6260-6271.)。相比较而言，本发明中所提出的结构更加简单易于制备；该MIM型纳米棒二聚体可实现三次Fano共振，可用于多波长光电子器件的设计与制备。比如当进行生化传感时，由于Fano共振的低损耗特性，加之利用多个具有不同灵敏度的波长共同传感，使得传感的灵敏度和精确度都能够得以提高。
附图说明
图1为MIM型纳米棒二聚体结构示意图。
图2为xz平面内单个MIM型纳米棒结构示意图。
图3为MIM型纳米棒二聚体的消光谱。
具体实施方式
实施例：
一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体，如图1、2所示，采用金属-绝缘体-金属(MIM)型纳米棒二聚体结构，分别通过不同平面内纳米棒LSPR模式的耦合激发磁表面等离激元(Megnetic surface plasmons，MSPs)，得到三次Fano共振；在xy平面上，两个尺寸完全相同的MIM型纳米棒边对边排列，两个纳米棒在y方向的间隔为G，G＝10nm，宽度均为W，W＝40nm，在xz平面上x方向的长度为L，L＝140nm，z方向的厚度为T，T＝50nm，两个金属层材质为金Au，厚度相等，均为20nm，两个金属层之间的介质层为二氧化硅SiO2，厚度为10nm。
入射光沿z轴垂直照射至二聚体上，电场方向分布平行于纳米棒的短轴(y方向：Ey)。
图3为MIM型纳米棒二聚体的消光谱。图中显示：除了610nm处出现的一个带宽约为100nm的共振峰，另外在720nm、795nm和1050nm处出现了三个带宽在50nm以内的非对称型共振峰。
分别对这四个共振波长处的纳米结构周围电场、磁场分布情况进行分析。610nm处，电场集中在纳米棒的尖角处，电场方向大致平行于入射电场，且上下两金属层内电场同向，为入射光直接激发的LSPR明模。720nm处，电场集中在两个纳米棒SiO2介质层处，电场方向平行于入射电场，但上下金属层内电场反向，这表明在MIM纳米棒内产生了xz平面的MSPs。795nm处，电场集中在两个相邻的上层金属层的中点和顶点，且以中点为中心形成两个方向相反的环状电流，这表明此共振峰来源于上层金属棒xy平面的近场耦合。1050nm处与795nm处类似，只不过电场集中在两个相邻的下层金属层的中点和顶点，在下层金属棒内形成环状电流，这表明此共振峰来源于下层金属棒xy平面的近场耦合。另外，因为纳米结构玻璃基底的折射率要大于空气，所以，与上层金属棒耦合产生的Fano共振峰相比较，下层金属棒耦合产生的Fano共振峰红移。
Claims (1)
1.一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体，其特征在于：采用金属-绝缘体-金属(MIM)型纳米棒二聚体结构，分别通过不同平面内纳米棒LSPR模式的耦合激发磁表面等离激元(Megnetic surface plasmons，MSPs)，得到三次Fano共振；在xy平面上，两个尺寸完全相同的MIM型纳米棒边对边排列，两个纳米棒在y方向的间隔为G，G＝10nm，宽度均为W，W＝40nm，在xz平面上x方向的长度为L，L＝140nm，z方向的厚度为T，T＝50nm，两个金属层材质为金Au，厚度相等，均为20nm，两个金属层之间的介质层为二氧化硅SiO2，厚度为10nm；入射光沿z轴垂直照射至二聚体上，电场方向分布平行于纳米棒的短轴即y方向。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610286564.5A CN105973846B (zh) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610286564.5A CN105973846B (zh) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105973846A CN105973846A (zh) | 2016-09-28 |
| CN105973846B true CN105973846B (zh) | 2018-06-26 |
Family
ID=56994305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610286564.5A Expired - Fee Related CN105973846B (zh) | 2016-05-03 | 2016-05-03 | 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105973846B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107229087B (zh) * | 2017-05-05 | 2019-05-14 | 天津理工大学 | 一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构 |
| CN108594502B (zh) * | 2018-03-30 | 2020-10-27 | 天津理工大学 | 液晶调谐等离激元诱导透明与法布里腔杂化模式的滤波器 |
| CN110987901B (zh) * | 2019-12-27 | 2020-08-28 | 无锡物联网创新中心有限公司 | 一种Au-Au二聚体阵列结构及其制备方法和应用 |
| CN112067673B (zh) * | 2020-09-15 | 2021-09-24 | 南京大学 | 一种电化学系统及改变等离激元传感器响应模式的方法 |
| CN114034663A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-11 | 北京邮电大学 | 一种基于全介质超表面的三Fano共振微纳折射率传感器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104061997A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-09-24 | 天津大学 | 一种基于金纳米棒二聚体阵列Fano共振特性的传感器 |
| CN104374745A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于介质纳米结构Fano共振特性的传感器 |
| CN104634437A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-20 | 天津理工大学 | 对称型纳米棒三聚体的双Fano共振特性阵列及其传感应用 |
-
2016
- 2016-05-03 CN CN201610286564.5A patent/CN105973846B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104061997A (zh) * | 2014-06-26 | 2014-09-24 | 天津大学 | 一种基于金纳米棒二聚体阵列Fano共振特性的传感器 |
| CN104374745A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-25 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种基于介质纳米结构Fano共振特性的传感器 |
| CN104634437A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-20 | 天津理工大学 | 对称型纳米棒三聚体的双Fano共振特性阵列及其传感应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Fano interference in supported goldnanosandwiches with weakly coupled nanodisks;Arturo Mendoza-Galván et al.;《OPTICS EXPRESS》;20121220;第20卷(第28期);第29648-29649、29657页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105973846A (zh) | 2016-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105973846B (zh) | 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 | |
| Stockman | Nanoplasmonics: The physics behind the applications | |
| CN103630515B (zh) | 一种纳米金粒子传感器及其制作方法 | |
| CN104061997B (zh) | 一种基于金纳米棒二聚体阵列Fano共振特性的传感器 | |
| CN103785492A (zh) | 基于pdms三维微纳天线的表面增强拉曼散射微流控系统 | |
| Yang et al. | Deep ultraviolet tip-enhanced Raman scattering | |
| Yang et al. | Synergistic effects of semiconductor substrate and noble metal nano-particles on SERS effect both theoretical and experimental aspects | |
| CN105022004B (zh) | 基于表面等离激元的波导磁场/电流传感器及其装置 | |
| Zhang et al. | All-dielectric refractive index sensor based on Fano resonance with high sensitivity in the mid-infrared region | |
| Shen et al. | Highly sensitive and uniform surface-enhanced Raman spectroscopy from grating-integrated plasmonic nanograss | |
| CN107229087B (zh) | 一种可实现宽带等离激元诱导透明窗口的纳米棒聚合结构 | |
| CN110376162A (zh) | 一种基于pit效应的石墨烯折射率传感器 | |
| Rizal et al. | Bio-magnetoplasmonics, emerging biomedical technologies and beyond | |
| CN110146468B (zh) | 一种圆形复合孔阵列结构表面等离子体光纤传感器 | |
| Biris et al. | Excitation of dark plasmonic cavity modes via nonlinearly induced dipoles: applications to near-infrared plasmonic sensing | |
| Chen et al. | Waveguide-coupled directional Raman radiation for surface analysis | |
| CN109557050A (zh) | 一种互补型结构的太赫兹超材料传感器 | |
| CN102954950A (zh) | 一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器及其制备方法 | |
| CN105181653A (zh) | 基于偏振态调制的等离激元生物传感器、装置及使用方法 | |
| WO2018230736A1 (ja) | センサおよびセンサの製造方法 | |
| CN109884558A (zh) | 一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器 | |
| CN104535532A (zh) | 金属微纳传感器件 | |
| Pei et al. | Plasmonic properties and optimization of ultraviolet surface-enhanced Raman spectroscopy | |
| CN114235712A (zh) | 一种基于手性金属纳米结构阵列的单分子传感器 | |
| Peyskens et al. | Enhancement of Raman scattering efficiency by a metallic nano-antenna on top of a high index contrast waveguide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180626 Termination date: 20200503 |