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信息科学技术学院吴文刚教授课题组在三维手性光学天线研究中取得重要进展
日期: 2017-06-23  信息来源: 信息科学技术学院

19世纪初,人们就发现当光通过晶体或有机物溶液时偏振方向会发生改变,物理学称其为旋光现象。随着科技飞速发展,旋光现象在生命物质分析检测、光信息处理等研究方面显得愈加重要。然而,旋光效应非常微弱,比吸收、荧光等效应的强度低多个数量级,因此极大地限制了旋光光谱等技术的灵敏度。近年来,纳米光学技术的突破使旋光效应在纳米尺度的增强与调控成为可能,而如何利用三维手性纳米天线结构产生旋光效应、调控光场的偏振特性等在加工和检测技术层面仍是一项挑战。

近期,北京大学信息科学技术学院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室吴文刚教授课题组与南京大学现代工程与应用科学学院张伟华教授课题组合作,提出利用聚焦离子束应力引入致形变(focused ion beam stress-introducing deformation,FIB-SID)技术加工制备三维手性纳米光学天线(一种三维纳米螺旋结构),并在实验上首次测量了单个结构的旋光光谱,获得其旋光特性(光轴偏转角度±8°),从而实现了单个三维螺旋形手性结构对光偏振的调制。与此同时,该三维手性纳米天线结构还伴随着近场区域内光自旋密度的增强,在生化分子手征性质的超灵敏检测方面也有重要应用。该工作中的FIB-SID技术为多样化微纳三维结结构,尤其是高质量三维纳米光学天线的高自由度制备提供了新方法;由此加工制得的三维螺旋天线的手性参数和结构尺寸可精确调控(纳米尺度),结构形貌光滑且材料损伤低。

三维螺旋纳米天线的旋光效应(左上)、光学模式(右上),以及手性纳米光学天线的电镜照片图(下)

课题组以题为《一种基于金属薄膜可控双向折叠技术的三维手性光学天线》(Programmable bidirectional folding of metallic thin films for 3D chiral optical antennas)的学术论文日前发表于《先进材料》(Advanced Materials,DOI:10.1002/adma.201606482或10.1002/adma.201770127)期刊,并被选为封面内页(inside front cover)文章作为亮点报道,以及作为重要新闻(advanced science news)给予推介。信息科学技术学院博士研究生毛逸飞为论文共同第一作者,吴文刚教授为论文共同通讯作者。

相关工作得到国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、高等学校博士学科点专项科研基金等支持。

编辑:山石


   
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