美国新墨西哥大学研究光线的纳米级操控取得新进展
导读
据美国新墨西哥大学官网近日报道，该校研究人员在对光线进行纳米级操控方面取得了开创性的新进展。他们研究的系统可带来不同的应用，从生动的、高分辨率彩色印刷技术到可以变革医疗保健的生物感知技术。背景
长期以来，科学家们一直在追求控制光线与物质之间的相互作用，以开发并推进对于社会来说基础性的大量技术。随着近年来纳米技术的爆发，纳米级的光线操控，不仅变成了持续推进这一进展的有前途的途径，也变成了一项独特的挑战，因为当结构的尺寸变得可以与光的波长相比时，新的行为出现了。
(图片来源：OIST）
创新
美国新墨西哥大学物理与天文学系理论纳米光子学小组的科学家们为了实现这个目标，取得了一项振奋人心的新进展。近日，他们将这一开创性的研究进展，以题为“纳米颗粒阵列产生的近场的限制分析（Analysis of the Limits of the Near-Field Produced by Nanoparticle Arrays）”的论文，发表在纳米技术领域的顶级期刊《ACS Nano》上。
助理教授 Alejandro Manjavacas 领导的研究小组研究了如何操控金属纳米结构周期性阵列的光学响应，从而在它们周围产生强烈的电场。
技术
他们研究的阵列由银纳米颗粒组成，尽管他们的成果也适用于由其他材料组成的纳米结构。银纳米颗粒是由比人类头发丝厚度小数百倍的小银球组成，这些小银球放置在一种重复的图案中。因为每个纳米小球之间的强烈相互作用，这些系统可带来不同的应用，从生动的高分辨率彩色印刷技术到可以变革医疗保健的生物感知技术。
Manjavacas 及其团队，由 Lauren Zundel 和 Stephen Sanders（二人都是物理与天文学系的研究生）组成，对这些阵列的光学响应进行了建模，发现了令人振奋的新成果。当纳米结构的周期性阵列受到光线照射时，每个颗粒都会产生强烈的响应，如果所有这些颗粒都会相互作用，那么就会产生大量的集体行为。这种行为在特定的入射光波长下产生，由阵列的颗粒间距决定，并会产生电场。这些电场是照射在阵列上的光线的数千甚至数万倍。
系统的艺术描绘。随着颗粒的尺寸减少，场增强得到增加。（图片来源：新墨西哥大学物理与天文学系）
这种场增强的强度却取决于阵列的几何特征，例如纳米球之间的间距，以及纳米球本身的尺寸。完全违反直觉的是，Manjavacas 及其研究小组发现，降低阵列中纳米颗粒的密度，或者增加纳米颗粒之间的间距，或者减少它们的尺寸，不仅会产生更大的场增强，而且会延伸到离阵列更远的地方。
根据阵列的不同几何参数分析场增强（图片来源：新墨西哥大学物理与天文学系）
价值
Manjavacas 表示：“这项新工作提供了对于纳米结构阵列的根本性认识，从而有助于推进纳米结构阵列的许多应用。我们预测的近场增强将改变超灵敏生物感知等技术的游戏规则。”
Zundel 表示：“这些巨大的场增强的关键在于制造更小且相距更远的颗粒，发现这一点实在是让人感到振奋。”
Sanders 表示：“这一点的原因在于，纳米颗粒之间的相互作用以及集体响应得到了增强。”
关键字
纳米颗粒、光、电场
参考资料
【1】http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b05031
【2】https://news.unm.edu/news/nanoscale-manipulation-of-light-leads-to-exciting-new-advancement