渥太华大学 艺术家对由矩形金纳米结构的矩形阵列组成的亚表面的看法，产生等离子体表面晶格共振
学分:乌克兰国立技术大学“伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院”的米塔斯暑期学生和合著者亚瑞娜·马姆丘尔的插图，他于2019年夏天在uOttawa的克塞尼亚·多尔加勒瓦教授的实验室工作
渥太华大学的研究人员最近在《自然通讯》上发表了他们的发现，打破了十年来金属在光子学——光的科学和技术——中无用的神话，这些发现有望在纳米光子学领域带来许多应用
“与以前的报告相比，我们打破了金属纳米颗粒周期阵列共振质量因子的记录一个数量级，”资深作者Dr
卡塞尼亚·多尔加列娃，加拿大渥太华大学电子工程和计算机科学学院(EECS)集成光子学研究讲座(第二层)和副教授
“众所周知，金属与光相互作用时损耗很大，这意味着它们会导致电能的耗散
高损耗损害了它们在光学和光子学中的应用
我们在一个亚表面(一个人工构造的表面)中演示了超高Q共振，该亚表面由嵌在平板玻璃基底中的金属纳米粒子阵列组成
这些共振可以用于有效的光操纵和增强光-物质相互作用，表明金属在光子学中是有用的
" “在以前的工作中，研究人员试图减轻损失的不利影响，以获得金属纳米粒子阵列的良好特性，”该研究的合著者之一、EECS大学的博士生萨德·本·阿拉姆观察到
然而，他们的尝试并没有在阵列共振的品质因子上提供显著的改善
我们实现了多种技术的结合，而不是单一的方法，并获得了一个数量级的改进，展示了一个具有创纪录高质量因子的金属纳米粒子阵列(亚表面)
" 据研究人员称，结构化表面——也称为亚表面——在各种纳米光子应用中具有非常有前途的前景，这是传统的天然块体材料永远无法探索的
传感器、纳米激光、光束整形和导向只是众多应用中的几个例子
“由贵金属纳米粒子(例如金或银)制成的过渡表面比非金属纳米粒子具有一些独特的优势
他们可以将光限制和控制在小于光波长四分之一(小于100纳米，而头发宽度超过10 000纳米)的纳米级体积内，”Md Saad Bin-Alam解释说
“有趣的是，与非金属纳米粒子不同，光并不局限或局限在金属纳米粒子内部，而是集中在它们的表面附近
这种现象在科学上被称为“局域表面等离子共振”
与电介质相比，这一特性赋予了金属纳米粒子极大的优势，因为人们可以利用这种表面共振来检测医学或化学中的生物有机体或分子
此外，这种表面共振可以用作激光增益所必需的反馈机制
通过这种方式，人们可以实现纳米尺度的微型激光器，这种激光器可以用于许多未来的纳米光应用，例如用于远场物体探测的光探测和测距(LiDAR)
" 据研究人员称，这些应用的效率取决于谐振品质因数
“不幸的是，由于金属纳米粒子的高‘吸收’和‘辐射’损失，低信噪比的品质因数非常低，”合著者Dr
奥拉德·雷舍夫，渥太华大学物理系博士后
“十多年前，研究人员发现了一种通过将纳米粒子小心地排列成格子来减轻耗散损失的方法
通过这种“表面晶格”操作，一种新的“表面晶格共振”(SLR)出现了，损耗得到了抑制
在我们的工作之前，单反中报道的最大Q因子大约是几百
虽然这种早期报道的单反比低品质的单反好，但它们在有效应用方面仍然不太令人印象深刻
这导致了金属在实际应用中没有用处的神话
" 该组织在2017年至2020年间在渥太华大学高级研究中心工作期间，打破了一个神话
“最初，我们对金纳米粒子亚表面进行了数值模拟，并惊讶地获得了几千个质量因子，”主要设计亚表面结构的Md Saad Bin-Alam说
“这个值从来没有在实验上报道过，我们决定分析原因，并尝试对如此高的Q值进行实验演示
我们观察到一个非常高的单反Q值接近2400，比之前报道的最大单反Q至少大10倍
" 这个发现让他们意识到关于金属还有很多东西要学
“我们的研究证明，我们仍然远未了解金属(等离子体)纳米结构的所有秘密，”博士总结道
Orad Reshef，他制作了元曲面样本
“我们的工作打破了长达十年的神话，即由于高损耗，这种结构不适合实际的光学应用
我们证明了，通过适当地设计纳米结构和仔细地进行实验，可以显著地改善结果
" 这篇论文“等离子体亚表面中的超高Q共振”发表在《自然通讯》上
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