分光新利器─奈米天線
- 上線日期：2011/10/21 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
瑞典科學家研發出可將紅光與藍光導引至相反方向的天線。這個裝置令人驚奇之處在於它的結構比可見光波長還小，在傳統的繞射極限下根本不可能用來控制光。這項研究成果可望應用在光學感測上，也有助於發展具方向性的單光子光源。
將電磁波耦合入比其波長更短的空間內，是科技上的重要應用，例如口袋型收音機的金屬天線可接收波長數公尺的無線電波。如果天線能縮小至奈米尺寸，這個概念就可以應用在可見光頻譜上，而光學天線在未來發展奈米光電的應用上將成為主要利器，因為它們具有「電漿子模態」(plasmonic modes)，也就是金屬導電電子的振盪集合，可被調制與附近分子的電子躍遷產生共振，藉此增進分子發出的光與天線間的耦合。
由查默斯(Chalmers )大學的Mikael Käll團隊所研發的新裝置是一個雙金屬奈米天線，主要是在玻璃基板上放置兩顆間距為20 nm的金與銀奈米粒子。這是首次在同一天線內採用兩種金屬粒子，正是這種組合能將不同顏色的光往相反方向散射。
該裝置成功的關鍵在於光學相位偏移(optical phase shift)。奈米粒子中的自由電子會與照射到天線的光波以同樣的頻率振盪，而金、銀粒子具有不同的電漿子共振，紅光頻率恰好介於金與銀的電漿子共振頻率之間，這意味著兩者間的振動彼此反相(out of phase)，結果紅光被引導轉向金粒子；藍光的情況正好相反，因此會轉向銀粒子。
這種利用材料的非對稱性造成與波長相關的相位偏移的概念，不僅能應用在金/銀奈米粒子上，亦適用於任何可產生電漿子共振的金屬奈米粒子對(例如銅與鋁)，並且與元件形狀無關。
Käll表示，奈米電漿子學(nanoplasmonics)是快速興起的領域，它利用各種金屬奈米結構來操控可見光。可能的應用包含了高敏光學感測器。例如藉由吸附在天線元件上化學物質會調制光的行進方向，來偵查這些物質的行蹤。它也能偵測單生物分子，有助於早期的疾病診斷。他進一步指出，單光子光源如量子點或染料分子皆能與奈米天線耦合，因此不只做為接受天線，還有發射訊號的功能。詳見Nature Communications 2, Article number: 481 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/47368
譯者:李杰成(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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