金屬納米微盤中的對稱破缺導緻表面等離激元法諾共振現象

beat365近場光學課題組朱星教授與美國Rice大學合作，首次在對稱破缺的銀納米圓盤結構中觀測到可見光波段的法諾共振現象，并以理論分析證實了這種表面等離激元的共振模式。2011年9月14日，這項題為Removing a Wedge from a Metallic Nanodisk Reveals a Fano Resonance的研究成果以快報(Letter)形式在線發表在國際知名期刊《納米快報》上 [Z.Y. Fang, N. Halas, P. Nordlander, Xing ZHU等, Nano Letters, 2011, DOI:10.1021/nl202804y, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202804y]。審稿人認為這是在一種簡單而巧妙的銀納米結構中觀測到法諾共振(Fano resonance)，并且得到理論驗證，是一項非常出色的研究結果。

表面等離激元共振（SPP）現象是指在金屬與介電材料界面産生的電子集體共振現象。近年來有關SPP在納米光學中應用，如納米波導、聚焦、粒子捕獲等成為研究熱點。研究人員雖然已經在納米結構中觀察到法諾共振現象，但是這些SPP結構都過于複雜，制備難度大。朱星課題組設計了一種平面納米結構，在單一的金屬納米薄盤中以“切蛋糕”的方式演示了法諾共振現象的存在。他們使用電子束光刻方法，成功地在直徑為160納米、厚度為30納米的銀納米盤上，切割出30˚～120˚不等的切角，并且精密測量到消光光譜中波長為450納米的法諾共振峰。在這種結構中，法諾共振峰來自于納米盤本身的SPP和切角邊緣的四級共振之間耦合雜化現象。運用半經典的解析方法，他們的模拟計算結果證實了由于表面等離激元的偶極模式與四極模式的耦合雜化，産生相應的法諾共振峰及不對稱的峰形。

金屬納米結構中的法諾共振在光傳感器、光開關、表面等離激元激射的方面具有重要的應用前景。在大多數情況下，具備法諾共振的表面等離激元納米結構非常複雜，并且需要多重加工步驟。而此項研究成果顯示了在簡單納米結構中也可以觀測到法諾共振現象，因此為法諾共振的實際應用提供了一種全新思路。

朱星課題組近年來從事近場光學技術對表面等離激元的表征系列工作。這項工作是方哲宇博士在朱星教授的指導下，于2011年在《納米快報》上發表的第三篇論文；前兩篇有關對稱破缺的納米圍欄中SPP聚焦、銀納米線與納米天線的SPP耦合的論文分别發表在Nano Letters 11, 893 (2011)-Plasmonic Focusing in Symmetry Broken Nanocorrals ,和Nano Letters 11, 1676 (2011)- Plasmonic Coupling of Bow Tie Antennas with Ag Nanowire上。

這項研究工作由beat365、國家納米科學中心和美國Rice大學共同完成，得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金委員會、beat365人工微結構和介觀物理國家重點實驗室的資助。

法諾共振: 在某個物理系統中，當一個分立态能級與連續态能帶相重疊時, 會出現量子幹涉, 在确定的光學頻率出現零吸收現象,使光譜呈非對稱線型， 這一效應稱為法諾共振（U. Fano, Phys. Rev. , 1961, 124: 1866）。