【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中科院合肥物質(zhì)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(qiáng)極限的探測方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級期刊Nano Letters上，并且被選為當(dāng)期正封面(圖1)。
 

　　楊良保研究員團(tuán)隊一直從事表面增強(qiáng)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(shù)強(qiáng)烈依賴于等離子體場強(qiáng)，在不斷創(chuàng)新和發(fā)展SERS檢測技術(shù)過程中，發(fā)現(xiàn)納米尺度下的近場強(qiáng)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(chǔ)上，團(tuán)隊一直在追求追求使用相鄰金屬納米間隙來實現(xiàn)更大的電磁增強(qiáng)，以促進(jìn)光與物質(zhì)的相互作用。但納米間隙的減小會造成量子隧穿效應(yīng)的出現(xiàn)，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(yīng)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(yīng)，通過探測單顆粒納米腔中h-BN本征SERS強(qiáng)度定量探測經(jīng)典框架內(nèi)最終的近場增強(qiáng)極限(圖2左)。該研究通過熱電子隧穿量子計算以及層數(shù)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(qū)域成像獲得的最大SERS增強(qiáng)因子，將這些實驗結(jié)果與經(jīng)典電磁模型與量子校正模型獲得的計算結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典電磁模型確實較好地符合實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了經(jīng)典框架內(nèi)最終的近場增強(qiáng)極限的探測(圖2右)。該工作有助于進(jìn)一步剖析等離子體增強(qiáng)中的量子力學(xué)效應(yīng)等，為量子等離子體學(xué)和納米隙光動力學(xué)提供了重要指導(dǎo)。
 

　　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(xué)院科研儀器裝備開發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)研究項目等資助。
 

圖1 Nano letters的正封面
 

　　圖2 (左) 設(shè)計了一個獨(dú)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(nèi)，通過 h-BN 本征 SERS 強(qiáng)度探測納米腔中最終近場增強(qiáng)極限; (右) 實驗測量和模擬的體平均 SERS增強(qiáng)因子隨間隙大小 (h-BN層數(shù))的變化。