单等离子体纳米结构的暗场光谱学

等离子体纳米结构广泛应用于生物传感技术、纳米光谱学等不同的研究和应用领域^(1、2、3)、纳米光子学等。这主要是因为它们表现出强烈的近场增强，这种增强紧密地局限在结构的附近。然而，电浆子纳米结构的光学表征是具有挑战性的，因为单个结构的光强度较低，而且由于不同的激发条件或多极序，可以激发多个宽的电浆子共振，而这些共振不容易分离。由于这些结构通常比可见光的衍射极限小得多，散射强度较低，因此在亮场显微镜下无法很好地成像，取透射谱也会产生较低的信噪比。为了解决这些问题，可以使用暗场散射光谱法。在这里，纳米结构以一种只收集散射光的方式照明，从而产生高对比度的图像和光谱。

设置

测量单个等离子体纳米结构暗场散射光谱的装置如图1所示。首先，一个白光光源聚焦在样品的表面。

图1:用于自动记录单个纳米结构暗场光谱的装置原理图。

这里的照明角度的选择应该使反射光不会进入显微镜物镜。只有散射的光被物镜收集，并分成两条路径。一条路径继续进入摄像机进行成像，另一条路径被导向带有ccd探测器(Andor iDus DU416A-LDC-DD)的成像光谱仪(Andor Shamrock SR-303i)。为了检查单个结构是否位于探测器的中心，摄谱仪在成像模式下使用。然后调整电动狭缝，使其仅可见一种结构。使用“单轨”特性，只读出与结构相对应的CCD行。这种方法可以获得单个纳米结构的光谱，前提是任何其他结构都足够远(对于50倍物镜来说约为3 μm)。由于散射强度很低，高量子效率和低暗电流是获得良好信噪比的先决条件。样品安装在一个压电平台上，使用定制的软件和Andor SDK，可以自动获取放置在规则网格上的纳米结构的光谱。

结果

利用电子束光刻技术在规则的5x5栅格上制备了等离子体纳米结构。在每个网格位置暴露两个近距离的纳米圆。金的热蒸发和随后的抬升导致高纵横比矿柱。这些柱的快速热退火导致形成准球形二聚体纳米结构与小的间隙尺寸。在图2中描述了这种纳米结构阵列的部分扫描电子显微镜(SEM)图像。在每个网格点上都有一个纳米结构(由于制造过程中附着力有限)或两个球体驻留。

图2:5x5阵列中不同纳米结构的SEM图像。

使用图1所示的设置对每个结构进行单独的暗场散射光谱。入射光沿长二聚体轴偏振光，因此只有二聚体的偶极模式被激发。图3显示了图2所示结构的示例性结果。通过观察信噪比并将其与相应的SEM图像联系起来，我们可以看到二聚体的散射截面比单球的散射截面要高得多。此外，对二聚体光谱的进一步观察表明，随着间隙的减小，偶极模的红移增加。

图3暗场散射光谱(强度[a.u。和波长[400-950 nm])的单等离子体纳米结构，如图2所示。测量过程如图1所示。灰色线代表原始数据，彩色线被平滑以减少噪声。

结论

暗场光谱学是纳米结构光学表征的一种广泛应用的技术，加上使用Andor SDK的自动化设置，它提供了一种方便可靠的方法来表征单个纳米结构。这也使得表征大量的结构，从而统计分析他们的性质。

致谢

感谢德国埃伯哈德卡尔斯大学应用物理研究所及LISA+中心Monika Fleischer教授Tübingen。

参考文献

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