使用散射型扫描近场光学显微镜研究石墨烯等离激元增强红外光谱的物理机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11704085
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2206.微纳光学与光子学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Owing to its tunable plasmon resonance in the mid-infrared frequency range, graphene is an ideal material for infrared-enhancing substrate. The strong infrared plasmonic fields confined in deep sub-wavelength dimensions (i.e., infrared hot spots) make graphene plasmons enhanced infrared spectroscopy (GPEIRS) promising in promoting the sensitivity of the infrared spectroscopy drastically, thus pave the way to the ultimate sensitivity of single molecule infrared detection. However, due to the poor spatial resolution of the far-field research means such as Fourier transform infrared spectrometry (FTIR), the physical mechanisms of GPEIRS have not been fully uncovered yet, the graphene-based infrared-enhancing substrate thus cannot be rationally designed to its optimized form, and the latent high sensitivity of GPEIRS cannot be fully exploited. To break this deadlock, in this project, we propose to research the physical mechanisms of GPEIRS thoroughly by taking advantage of the nanoscale spatial resolution of the scattering-type scanning near-field optical microscope (s-SNOM), aiming to acquire the distribution law of the infrared hot spots at the surface of graphene-based infrared-enhancing substrate and the evolution rule of the enhanced molecular infrared spectrum with the varying coupling strength between the probed molecules and the graphene plasmons. Acquisitions of the aforementioned law and rule would deepen our understanding of the physical mechanisms of GPEIRS, and make the great sensitivity potential of GPEIRS fully fulfilled by enabling optimized design of the graphene-based infrared-enhancing substrate.
因其等离激元共振频率位于中红外波段且电学可调谐,石墨烯是一种理想的红外吸收光谱增强基底材料,以其作为增强基底的石墨烯等离激元增强红外光谱技术有望大幅提高红外光谱技术的检测灵敏度,甚至实现单分子红外检测。然而,受目前采用的远场研究手段空间分辨率的限制,石墨烯等离激元增强红外光谱具体的物理机制还未被完整地揭示,石墨烯红外增强基底的优化设计因而无法实现,石墨烯等离激元增强红外光谱技术潜在的巨大灵敏度优势无法得到发挥。为打破这一僵局,本项目拟利用散射型扫描近场光学显微镜纳米级的空间分辨率深入研究石墨烯等离激元增强红外光谱的物理机制,揭示石墨烯红外增强基底表面红外热点的分布规律及分子的红外增强光谱随其与石墨烯等离激元耦合强度变化的演变规律。这两大规律的获取将使我们更加深刻完整地理解石墨烯等离激元增强红外光谱的物理机制,进而通过对石墨烯红外增强基底的优化设计使这一红外增强技术的潜力得到充分发挥。

结项摘要

因其等离激元共振频率位于中红外波段且电学可调谐,石墨烯是一种理想的红外吸收光谱增强基底材料,以其作为增强基底的石墨烯等离激元增强红外光谱技术有望大幅提高红外光谱技术的检测灵敏度,甚至实现单分子红外检测。然而,受此前采用的远场研究手段空间分辨率的限制,石墨烯等离激元增强红外光谱具体的物理机制还未被完整地揭示,石墨烯红外增强基底的优化设计因而无法实现,这一技术潜在的巨大灵敏度优势无法得到发挥。为了使石墨烯等离激元红外增强技术的潜力得到充分发挥,本项目利用散射型扫描近场光学显微镜纳米级的空间分辨率深入研究了其物理机制,揭示了石墨烯红外增强基底表面红外热点的分布规律及分子的红外增强光谱随其与石墨烯等离激元耦合强度变化的演变规律,取得了一系列研究成果:(1)设计制备了柔性石墨烯红外增强基底;(2)设计制备了石墨烯等离激元气体传感器;(3)实现了大面积悬空石墨烯的制备;(4)解释了不同类型激元模式在石墨烯/氮化硼面内异质结处的耦合现象;(5)发展了复杂纳米结构近场图像的仿真方法;(6)实现了石墨烯等离激元的超快光调控;(7)发现了各向异性范德华晶体中波导模式双折射的可调谐特性;(8)系统总结了近场光学技术在纳米材料表征领域的应用。上述成果的取得有助于石墨烯等离激元增强红外光谱技术的进一步发展,推动其成为与表面增强拉曼光谱比肩的表面敏感技术。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Modern Scattering-Type Scanning Near-Field Optical Microscopy for Advanced Material Research
用于先进材料研究的现代散射式扫描近场光学显微镜
  • DOI:
    10.1002/adma.201804774
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Chen, Xinzhong;Hu, Debo;Liu, Mengkun
  • 通讯作者:
    Liu, Mengkun
THz Near-Field Imaging of Extreme Subwavelength Metal Structures
极亚波长金属结构的太赫兹近场成像
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.9b01534
  • 发表时间:
    2020-03-18
  • 期刊:
    ACS PHOTONICS
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Chen, Xinzhong;Liu, Xiao;You, Guanjun
  • 通讯作者:
    You, Guanjun
A Multibeam Interference Model for Analyzing Complex Near-Field Images of Polaritons in 2D van der Waals Microstructures
用于分析二维范德华微结构中极化子复杂近场图像的多光束干涉模型
  • DOI:
    10.1002/adfm.201904662
  • 发表时间:
    2019-08-20
  • 期刊:
    ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Liao, Baoxin;Guo, Xiangdong;Dai, Qing
  • 通讯作者:
    Dai, Qing
Nanoimaging and Nanospectroscopy of Polaritons with Time Resolved s-SNOM
具有时间分辨 s-SNOM 的极化子纳米成像和纳米光谱
  • DOI:
    10.1002/adom.201901042
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Optical Materials
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Yao Ziheng;Xu Suheng;Hu Debo;Chen Xinzhong;Dai Qing;Liu Mengkun
  • 通讯作者:
    Liu Mengkun
低维纳米材料的近场光学表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡德波;戴庆
  • 通讯作者:
    戴庆

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使用散射型扫描近场光学显微镜研究范德华晶体的光学各向异性
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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