等離子光學技術研究獲新進展

2020-12-20 科學網

 

美國科學家最近發展出一種方法，能在金屬薄膜表面製作非常平坦的圖案，使表面等離子(surface plasmons)在薄膜上的傳播距離得以加倍。這種名為「模版剝離」(template stripping)的新方法能簡化金屬薄膜的製程，而且只需要便宜的矽晶圓與黏著劑，因此有助於製造新型太陽能電池與其它等離子光學(plasmonic)組件。這項由明尼蘇達大學的David Norris等人所發展的技術，是先將銅、金或銀等金屬沉積在事先圖案化的矽晶圓模版上，接著加入黏著劑到沉積的金屬薄膜中，最後將金屬與黏著劑一起剝離矽晶圓，以產生具有圖案且極為平坦的金屬表面。Norris表示，模版剝離方法常見於掃描式穿隧顯微術及自組裝單膜層領域，但等離子光學研究社群中常用刻蝕而非剝離法來移除矽模版。

 

矽晶圓模版是以離子束蝕刻法製作，刻蝕過程中等離子吸收的離子只會留在矽模版中，不會轉移到沉積於模版上的金屬薄膜。這種模版的另一個優點是能重複使用，目前研究人員已使用相同模版超過30次，而且以這種方法製作出銀的牛眼結構(bull’s eyes)、金質金字塔、三角形溝槽以及納米洞陣列等結構。

 

為了測試表面等離子在上述表面的傳遞情形，研究團隊製造了厚200 nm、具溝槽結構的銀薄膜，並以離子束刻蝕切出一個狹縫，再以光照射狹縫產生表面等離子橫越金屬表面，最後抵達溝槽結構而散射光。測量散射光強度隨溝槽間距變化的結果顯示，表面等離子可以傳遞超過10 μm，遠超過先前實驗記錄的4~5 μm，已接近理論預測上限。

 

該團隊希望能將模版剝離法應用在其它等離子光學應用中，尤其是表面增強拉曼光譜學中能增進分子與生物檢測靈敏度的金膜或銀膜，許多研究團隊都已證明它的作用，但缺乏可重複的實驗的技術，而模版剝離法應該有機會解決這個問題。詳見《科學》（Science 325, p.594 (2009) [DOI: 10.1126/science.1174655]）。（來源：光電新聞網）

 

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