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基于纳米三角板自组装体系的可调控多势阱表面等离激元光镊及其应用研究

批准号:
91950117
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
80.0 万元
负责人:
孙秀冬
依托单位:
学科分类:
微纳光学与光子学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
时红艳、李思任、柳澎、李浪、徐晨、王琳琳、牛言飞

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
光镊是一种利用光场中的光学梯度力势阱来实现对微粒捕获与操纵的技术,传统光镊由于受到衍射极限和高功率激光的限制,无法操控纳米级别的粒子。表面等离激元是金属表面自由电子与外部电磁场相互作用形成的一种表面电磁模式。由于表面等离激元(SPP)具有局部场增强效应,可将激发的电磁场能量局域在突破衍射极限的亚波长尺度内,故可构成光势阱并实现对纳米级别粒子的捕获和操纵。本项目提出构建基于金属纳米三角板且光场可控的表面等离激元光镊系统,选用低经济成本、低时间成本、尺度不受限制甚至可模板化的金属纳米三角板自组装薄膜,通过可逆控制材料参量并结合光场的光学参量,可获得具有特定光场分布且具备可操控性的光镊系统,同时具备在生物、环境及相关研究领域更广泛的应用潜力。此外,该系统与传统光镊系统相比可突破衍射极限,与物理刻蚀的纳米结构相比具有制备方面的明显优势,与纳米颗粒或纳米棒相比,纳米三角板也具有更强的光场局域特性。
英文摘要
Optical tweezers are capable of trapping and manipulating particles by using optical gradient force in light fields.As traditional optical traps are confined by the diffraction limit and high power lasers, it cannot trap and control the nanoscale particles. Surface plasmon polaritons (SPP) are tightly confined electromagnetic waves that propagating along a metal-dielectric interface arising from the coupling of light with collective oscillations of electrons. Due to their significant field enhancement and subwavelength field confinement, SPPs have the potential to form optical traps to capture and manipulate nanoparticles. In this project, a surface plasmon optical tweezers system based on metal nanoprisms and controllable optical field is proposed. It is with low economic cost, low time cost, unrestricted scale and even templatable..By controlling the material parameters reversibly and combining with the optical parameters of the light field, the optical tweezer system can be with specific light field distribution and controllability which has a wider applications in biological, environmental and related research fields. In addition, the system can break through the diffraction limit compared with traditional optical tweezers, has obvious advantages in preparation compared with physical etching nanostructures, and has stronger light field localization characteristics compared with nanoparticles or nanorods etc..
等离激元光镊是一种利用金属纳米结构表面产生的等离激元梯度场对微粒进行捕获与操控的技术,突破了传统光镊的衍射极限。局域等离激元场的密集排布与均匀性是实现对微粒捕获的关键因素,且金属纳米结构覆盖范围决定了微粒的操控范围,这提高了对金属纳米结构的制备技术要求。本项目研究了金属纳米三角板之间的局域等离激元共振耦合特性,通过控制金属纳米结构的几何参数实现了对局域表面等离激元场的调控。实验上利用经济、简单、覆盖范围不受限的化学生长法与自组装技术相结合,制备了金属纳米三角板自组装薄膜。基于该薄膜表面产生的较为均匀的多势阱与可控的等离激元场,在 0.5mW 的激发光功率作用下便可对微粒产生 ~5 fN/nm 的捕获刚度,实现了在液体环境中较大横向范围内 (厘米级) 无创地重复捕获与操控粒子,突破了传统等离激元光镊对纳米结构阵列的需求问题。最后,利用生物模板剥离法和磁控溅射技术制备了周期性纳米腔阵列结构,实现了对局部电磁场增强和“热点”分布的调控以及对罗丹明 6G 和结晶紫 (CV) 的痕量检测。该项目的研究不仅解决了等离激元光镊对周期金属纳米结果制备技术的需要,还实现了基于金属纳米结构自组装薄膜对微球的无损伤捕获与操控,在生物医学、应用物理以及环境监测等方面具有较大的应用潜力。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Distinct ultrafast carrier dynamics of α-In(2)Se(3) and β-In(2)Se(3): contributions from band filling and bandgap renormalization.
α-In2Se3 和 β-In2Se3 独特的超快载流子动力学:能带填充和带隙重整化的贡献
DOI: 10.1039/d1cp03874e
发表时间: 2021
期刊: Physical Chemistry Chemical Physics
影响因子: 3.3
作者: [Meng Shengjie, Wang Jian, Shi Hongyan, Sun Xiudong, Gao Bo]
通讯作者: Gao Bo
LSPR Tunable Ag@PDMS SERS Substrate for High Sensitivity and Uniformity Detection of Dye Molecules.
用于染料分子高灵敏度和均匀性检测的 LSPR 可调谐 Ag@PDMS SERS 基底
DOI: 10.3390/nano12213894
发表时间: 2022-11-04
期刊: Nanomaterials (Basel, Switzerland)
影响因子: --
作者: []
通讯作者:
Enhanced Optical Forces and Tunable LSPR of Ag Triangular Nanoplates for Plasmonic Tweezers
用于等离激元镊子的银三角形纳米板的增强光学力和可调谐局域表面等离子体共振
DOI: 10.1007/s11468-021-01533-3
发表时间: 2021-10-05
期刊: PLASMONICS
影响因子: 3
作者: [Jia, Pengxue, Shi, Hongyan, Sun, Xiudong]
通讯作者: Sun, Xiudong
Impact of the pitch angle on the spin Hall effect of light weak measurement
俯仰角对光弱测量自旋霍尔效应的影响
DOI: 10.1364/oe.392402
发表时间: 2020
期刊: Optics Express
影响因子: 3.8
作者: [Xiangxing Bai, Yang Liu, Linlong Tang, Qing Zang, Jialu Li, Wenqiang Lu, Haofei Shi, Xiudong Sun, Yueguang Lu]
通讯作者: Yueguang Lu
6
    电、磁等离激元及光学共振模式的杂化耦合特性与模式优化
    • 批准号:
      11374074
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      80.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      孙秀冬
    • 依托单位:
    高性能光致聚合物全息记录材料研制及角度复用激光全息记录技术研究
    • 批准号:
      11176009
    • 项目类别:
      联合基金项目
    • 资助金额:
      42.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      孙秀冬
    • 依托单位:
    特殊Non-Markovian系统中多能级原子的动力学特性研究
    • 批准号:
      10674037
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      24.0万元
    • 批准年份:
      2006
    • 负责人:
      孙秀冬
    • 依托单位:
    基于自组装单分子膜技术的金属团簇形成与成膜控制研究
    • 批准号:
      90201003
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      24.0万元
    • 批准年份:
      2002
    • 负责人:
      孙秀冬
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金