日常生活中，天線幫助人們接收無線電波，實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)傳輸、手機(jī)通訊等功能。當(dāng)科學(xué)家將天線的概念縮小到納米尺度（約為頭發(fā)絲直徑的千分之一），就能制造出能捕捉可見光的納米光天線。近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院馮繼成課題組利用自主研發(fā)的3D納米打印技術(shù)，成功制造出能精準(zhǔn)調(diào)控可見光響應(yīng)性的新型納米天線。相關(guān)成果以題為“Vertically-Aligned Hybrid Plasmonic Nanoantennas with Tailored Visible-Light Responses”發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。
圖1：Au、Ag及其疊層納米天線陣列。第一行和第二行SEM的Scale bar分別為1000和200 nm）
傳統(tǒng)納米天線大多為平面結(jié)構(gòu)，就像平鋪在基板上的圖案，限制了其對(duì)光場(chǎng)的調(diào)控能力。馮繼成團(tuán)隊(duì)開發(fā)的法拉第3D打印技術(shù)，猶如一支看不見的電場(chǎng)畫筆，能夠?qū)⒔稹y等金屬納米粒子繪制成立體結(jié)構(gòu)。這些納米天線直徑僅約40納米，高度卻能達(dá)到直徑的15倍以上，像一片密集的納米森林（圖1）。
圖2：材料與尺寸調(diào)控
研究團(tuán)隊(duì)通過精確控制納米天線的身高參數(shù)和材料組合（純金、純銀或金-銀疊層，圖2–圖4），實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定顏色光波的精準(zhǔn)響應(yīng)。就像收音機(jī)通過調(diào)節(jié)頻率來接收不同電臺(tái)一樣，這些納米天線可以通過結(jié)構(gòu)和材料的調(diào)整來捕捉可見光。實(shí)驗(yàn)顯示，金-銀疊層結(jié)構(gòu)的天線更能同時(shí)發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)更寬波段范圍的響應(yīng)。
圖3：Au和Ag納米天線對(duì)可見光的調(diào)控
圖4：Au–Ag疊層納米天線對(duì)可見光的調(diào)控
除了上述優(yōu)點(diǎn)，這種立體的納米天線還能有效減少能量損耗，并對(duì)光的入射角度和偏振方向表現(xiàn)出高度敏感性。該技術(shù)有望應(yīng)用于高靈敏度傳感器、新型顯示技術(shù)和高效太陽能電池等領(lǐng)域。這項(xiàng)研究不僅展示了法拉第3D打印技術(shù)的精確制造能力，也為開發(fā)更高效的光電子學(xué)器件提供了新思路。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02951
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