螢光染料破解超穎材料的吸收問題
- 上線日期：2010/8/23 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
由負折射材料(negative index material, NIM)構成的隱形斗篷(invisible cloak)由於受具有規避電磁波偵測的潛力而倍受矚目，但在實用上始終受限於吸收問題。最近，美國科學家製作出具有「內建」放大器的NIM，能補償NIM在光學波段的吸收，為其應用開啟了新契機。
NIM是人工設計製作而成的超穎材料(metamaterial)，由於其折射率是負的，因此擁有一些普通材料沒有的特性，例如可製成將光束聚焦至比波長更小範圍的超透鏡(hyperlens)，或上述的隱形斗篷。不過光學波段NIM有個重大的缺點：其金屬成份會吸收光。對策之一是在超材料表面加上主動(active)材料，例如染料。最近，普渡(Purdue)大學的Vladimir Shalaev等人在NIM的絕緣部份內加入螢光染料，終於解決了這個問題。
普大的設計是以該團隊研究多年的魚網型(fishnet) NIM為基礎，該結構為兩層50 nm厚的銀包夾一層氧化鋁，並有寬200 nm的橢圓形孔洞穿過，孔洞排列成週期280 nm的正方晶格。研究人員蝕掉大部份氧化鋁，只留下一些柱子防止結構崩塌，然後在縫隙中填入含螢光染料 Rhodamine 800 (Rh800)的環氧樹脂(epoxy)薄膜。
以波長690 nm的脈衝雷射激發時，Rh800會在脈衝結束後數奈秒內持續發出波長730 nm的螢光。若在期間以波長730 nm的"探測脈衝"(probe pulse)照射染料，染料便會受激輻射出與探測脈衝一樣的光，換言之，探測脈衝被放大了。
為了解此設計是否能補償吸收，Shalaev等人以長2 ps的激發脈衝照射NIM，50 ps後再以2 ps的探測脈衝照射，並測量探測脈衝的吸收、反射及透射率，再與未以激發脈衝照射的對照組比較，結果發現吸收係數比對照組小了約一百萬倍。在波長為722–738 nm的範圍，透射與反光射光的強度和甚至大於入射光，證實了NIM具備放大的功能。
為了容易與傳統光電系統整合，該團隊下一步將以半導體取代染料，以便以電激發取代光學激發，不過Shalaev認為光激發的NIM同樣具有實際應用的潛力。詳見Nature 466, p.735 (2010)。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/43421
譯者:郭西川(彰化師範大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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