由导电聚合物制成的可切换的光学纳米天线

时间:2019-12-20 12:45 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

由导电聚合物制成的可切换的光学纳米天线大约有数十亿纳米圆盘沉积在1平方厘米的面积上。它们中的每一个都会对入射光产生反应并产生等离子体激元。信贷:概念

在塑料中创建可切换的等离子体:用于动态有机等离子体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。天线可以开关,这将使一种全新的可控纳米光学元件成为可能。

“我们的有机天线可以对可见光透明,同时对波长稍长一些的光做出反应,这使它们成为智能窗户等应用的有趣之处。”本;马格纳斯琼森。

当光与金属纳米粒子相互作用时,等离子体激元就产生了。入射光引起粒子中电子的集体振荡,即前后运动的统一。这种集体振荡就是等离子体激元。世界各地的许多研究小组都在研究金属纳米结构及其在纳米尺度上塑造光的能力,以用于生物传感器和能量转换设备,以及增强其他光学现象。其他潜在的应用领域包括微型医疗设备和控制进出建筑物的光和热的窗户。

在今天(2019年12月9日)发表于《自然纳米技术》的一篇文章中,林雪平大学的科学家们展示了一种光学纳米天线,它由一种导电聚合物制成,而不是传统的金属,如金或银。在这种情况下,他们使用了PEDOT的变体,PEDOT是一种广泛应用于许多其他领域的聚合物,包括热电学和生物电子学。

“我们证明了光可以在有机材料的纳米结构中转化为等离子体激元,”有机电子实验室的有机光子学和纳米光学小组的负责人马格努斯·琼森说。

由导电聚合物制成的可切换的光学纳米天线陈尚志,博士生,有机电子实验室有机光子学与纳米光学组组长。林雪平大学。信贷:雷神大夏

然而,在导电聚合物中产生电浆子的不是电子,而是极化子。聚合物由一长串相连的原子组成,在研究人员使用的导电聚合物中,沿着聚合物链的正电荷负责导电。这些正电荷与相关的链扭曲一起形成极化子,当光入射到纳米结构上时,极化子开始集体振荡。

“我们的有机天线可以对可见光透明,同时对波长稍长一些的光做出反应,这使它们成为智能窗户等应用的有趣之处。”马格努斯琼森说。

研究人员最初进行了理论计算,并使用模拟来设计实验,随后他们能够进行实验。该团队的博士生陈尚志(音)已经成功地在一个表面上制造出了数十亿个纳米大小的有机导电材料圆盘。这些小圆盘对光起反应,充当微型天线。

由导电聚合物制成的可切换的光学纳米天线等离子体在塑料。信贷:雷神大夏

研究人员已经证明,圆盘的直径和厚度决定了它们所反应的光的频率。因此,可以通过改变圆盘的几何形状来控制这种波长。圆盘越厚,频率越高。他们还希望通过改变聚合物来增加纳米天线的反应波长范围。

他们探索的另一项创新是有机纳米天线的开关能力,这是传统金属很难做到的。实验室制造的材料最初处于氧化状态,纳米天线接通。

我们已经证明,当我们把材料暴露在蒸气中时,我们可以切断传导,这样天线也一样。如果我们用硫酸等物质对其进行再氧化,它会重新获得导电性,纳米天线也会重新打开。目前这是一个相对缓慢的过程,但我们已经迈出了第一步,并表明这是可能的。”马格努斯琼森说。

“虽然这是基础研究,但我们的研究成果使一种新型可控纳米光学元件成为可能,我们相信这种元件可以用于许多领域。”

补充说明:

正是电浆子在中世纪教堂和清真寺的彩色玻璃窗上创造了美丽的发光颜色。玻璃的颜色是由嵌在其中的金属颗粒形成的。但在当时,工匠们并不知道这些金属会产生等离子激元。等离子体激元的早期例子是伦敦大英博物馆的Lycurgus杯。

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参考文献:“用于动态有机等离子体的导电聚合物纳米天线”作者:陈尚志,Evan s.h. Kang, Mina Shiran Chaharsoughi, Vallery Stanishev, Philipp Kuhne, Hengda Sun, Chuanfei Wang, Mats Fahlman, Simone Fabiano, Vanya Darakchieva &Magnus P. Jonsson, 2019年12月9日,《自然纳米技术》。

DOI: 10.1038 / s41565 - 019 - 0583 - y

这项研究是由来自有机电子实验室和林雪平大学太赫兹材料分析中心的几位研究人员合作完成的。财政支持包括瑞典研究委员会和瑞典政府在林雪平大学功能材料材料科学战略研究领域的资助。

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