用于動(dòng)態(tài)有機(jī)等離子體的導(dǎo)電聚合物納米天線

有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室的有機(jī)光子學(xué)和納米光學(xué)研究小組的研究人員已經(jīng)開發(fā)出由導(dǎo)電聚合物制成的光學(xué)納米天線。天線可以打開和關(guān)閉，這將使一種全新的可控納米光學(xué)組件成為可能。

當(dāng)光與金屬納米粒子相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生等離子。該入射光設(shè)定斷集體振蕩，一個(gè)統(tǒng)一的向前和向后運(yùn)動(dòng)，在顆粒中的電子。正是這種集體振蕩才是等離子體。世界各地許多研究小組研究了金屬納米結(jié)構(gòu)及其在納米級(jí)上整形光的能力，這些金屬可用于例如生物傳感器和能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，并增強(qiáng)其他光學(xué)現(xiàn)象。其他潛在的使用領(lǐng)域包括微型醫(yī)療設(shè)備和窗戶，這些窗戶和窗戶控制著建筑物所吸收或發(fā)出的光和熱量。

在《自然納米技術(shù)》的一篇文章中，林雪平大學(xué)的科學(xué)家提出了光學(xué)納米天線，它是由導(dǎo)電聚合物而不是傳統(tǒng)的金屬(例如金或銀)制成的。在這種情況下，他們使用了PEDOT的變體，該P(yáng)EDOT是在許多其他領(lǐng)域(包括熱電和生物電子)中廣泛使用的聚合物。

“我們證明，光可以在有機(jī)材料的納米結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換為等離激元，”有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)室有機(jī)光子學(xué)和納米光學(xué)小組的負(fù)責(zé)人馬格努斯·瓊森說。

然而，不是電子在導(dǎo)電聚合物中產(chǎn)生等離子體激元，而是極化子。聚合物由連接的原子的長鏈組成，在研究人員使用過的導(dǎo)電聚合物中，沿聚合物鏈的正電荷負(fù)責(zé)導(dǎo)電性。這些正電荷與相關(guān)的鏈分布一起形成極化子，當(dāng)光入射到納米結(jié)構(gòu)上時(shí)，極化子開始集體振蕩。

Magnus Jonsson說：“我們的有機(jī)天線可以對(duì)可見光透明，同時(shí)對(duì)更長波長的光起反應(yīng)，使它們對(duì)于智能窗戶等應(yīng)用很有趣。”

研究人員最初進(jìn)行了理論計(jì)算，并使用模擬來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，隨后他們得以進(jìn)行。該小組的博士生陳尚志已設(shè)法在表面上生產(chǎn)了數(shù)十億個(gè)微小的納米級(jí)有機(jī)導(dǎo)電材料盤。這些小盤對(duì)光起反應(yīng)并充當(dāng)微小的天線。

研究人員表明，圓盤的直徑和厚度決定了它們反應(yīng)的光的頻率。因此可以通過改變盤的幾何形狀來控制該波長。磁盤越厚，頻率越高。他們還希望通過改變所用的聚合物來增加納米天線反應(yīng)的波長范圍。

他們探索的另一項(xiàng)創(chuàng)新是能夠打開和關(guān)閉有機(jī)納米天線，這是常規(guī)金屬難以實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)室制造的材料最初處于氧化狀態(tài)，納米天線被打開。

“我們已經(jīng)證明，當(dāng)我們通過將材料暴露于蒸氣來還原材料時(shí)，我們可以關(guān)閉傳導(dǎo)，并通過這種方式也可以關(guān)閉天線。如果我們?cè)儆昧蛩釋⑵渲匦卵趸?，則它可以重新獲得導(dǎo)電性，并且納米天線再次打開。這是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，但是我們已經(jīng)采取了第一步，并表明了可行的方法。”馬格努斯·瓊森說。

“雖然這是基礎(chǔ)研究，但我們的研究結(jié)果使一種新型的可控納米光學(xué)元件成為可能，我們相信可以將其用于許多應(yīng)用。”

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