由导电聚合物制成的可切换光学纳米天线

时间:2019-12-10 19:42 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

由导电聚合物制成的可切换光学纳米天线

 

  1平方厘米的面积上沉积了约数十亿个纳米磁盘。它们中的每一个都对入射光做出反应并产生等离子体激元。

  在塑料中创建可转换的等离激元:用于动态有机等离激元的导电聚合物纳米天线。

  有机电子实验室的有机光子学和纳米光学小组的研究人员已经开发了由导电聚合物制成的光学纳米天线。天线可以打开和关闭,这将使一种全新的可控纳米光学组件成为可能。

  当光与金属纳米粒子相互作用时,就会产生等离子。入射光引起粒子中电子的集体振荡,统一的向前和向后运动。正是这种集体振荡才是等离子体。世界各地许多研究小组研究了金属纳米结构及其在纳米级上整形光的能力,这些金属可用于例如生物传感器和能量转换设备,并增强其他光学现象。其他潜在的使用领域包括微型医疗设备和窗户,这些窗户和窗户控制着建筑物所吸收或发出的光和热量。

  在今日(2019年12月9日)在《自然纳米技术》上发表的一篇文章中,林雪平大学的科学家提出了光学纳米天线,它是由导电聚合物而不是传统的金属(例如金或银)制成的。在这种情况下,他们使用了PEDOT的变体,该PEDOT是在许多其他领域(包括热电和生物电子)中广泛使用的聚合物。

  “我们证明,光可以在有机材料的纳米结构中转换为等离激元,”有机电子实验室有机光子学和纳米光学小组负责人马格努斯·琼森说。

  

由导电聚合物制成的可切换光学纳米天线

 

  陈尚志,博士研究生,有机电子实验室的有机光子学和纳米光学小组负责人Magnus Jonsson。林雪平大学。

  然而,不是电子在导电聚合物中产生等离子体激元,而是极化子。聚合物由连接的原子的长链组成,在研究人员使用过的导电聚合物中,沿聚合物链的正电荷负责导电性。这些正电荷与相关的链畸变一起形成极化子,当光入射到纳米结构上时,极化子开始集体振荡。

  Magnus Jonsson说:“我们的有机天线可以对可见光透明,而对更长波长的光起反应,使它们对于智能窗户等应用很有趣。”

  研究人员最初进行了理论计算,并使用模拟来设计实验,随后他们得以进行。该小组的博士生陈尚志已设法在表面上生产了数十亿个微小的纳米级有机导电材料盘。这些小盘对光起反应并充当微小的天线。

  

由导电聚合物制成的可切换光学纳米天线

 

  塑料等离子。

  研究人员表明,圆盘的直径和厚度决定了它们反应的光的频率。因此可以通过改变盘的几何形状来控制该波长。磁盘越厚,频率越高。他们还希望通过改变所用的聚合物来增加纳米天线反应的波长范围。

  他们探索的另一项创新是能够打开和关闭有机纳米天线,这是常规金属难以实现的。实验室制造的材料最初处于氧化状态,纳米天线被打开。

  “我们已经证明,当我们通过将材料暴露于蒸气来减少其材料时,我们可以关闭传导,从而关闭天线。如果我们随后使用硫酸将其重新氧化,则它会恢复导电性,并且纳米天线会再次打开。目前,这是一个相对缓慢的过程,但是我们已经采取了第一步,并证明了这是可能的。” Magnus Jonsson说。

  “虽然这是基础研究,但我们的研究结果使一种新型的可控纳米光学组件成为可能,我们认为该组件可用于许多应用。”

  脚注:

  等离子体激元在中世纪教堂和清真寺的彩色玻璃窗中创造出美丽的发光色彩。玻璃的颜色来自嵌入其中的金属颗粒。但是当时,工匠们还不知道金属会产生等离激元。等离子体激元的一个早期例子是伦敦大英博物馆的Lycurgus杯。

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