日常生活中，天線(xiàn)幫助人們接收無(wú)線(xiàn)電波，實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)傳輸、手機(jī)通訊等功能。當(dāng)科學(xué)家將天線(xiàn)的概念縮小到納米尺度（約為頭發(fā)絲直徑的千分之一），就能制造出能捕捉可見(jiàn)光的納米光天線(xiàn)。近日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院馮繼成課題組利用自主研發(fā)的3D納米打印技術(shù)，成功制造出能精準(zhǔn)調(diào)控可見(jiàn)光響應(yīng)性的新型納米天線(xiàn)。相關(guān)成果以題為“Vertically-Aligned Hybrid Plasmonic Nanoantennas with Tailored Visible-Light Responses”發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。

圖1：Au、Ag及其疊層納米天線(xiàn)陣列。第一行和第二行SEM的Scale bar分別為1000和200 nm）

傳統(tǒng)納米天線(xiàn)大多為平面結(jié)構(gòu)，就像平鋪在基板上的圖案，限制了其對(duì)光場(chǎng)的調(diào)控能力。馮繼成團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的法拉第3D打印技術(shù)，猶如一支看不見(jiàn)的電場(chǎng)畫(huà)筆，能夠?qū)⒔稹y等金屬納米粒子繪制成立體結(jié)構(gòu)。這些納米天線(xiàn)直徑僅約40納米，高度卻能達(dá)到直徑的15倍以上，像一片密集的納米森林（圖1）。

圖2：材料與尺寸調(diào)控

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精確控制納米天線(xiàn)的身高參數(shù)和材料組合（純金、純銀或金-銀疊層，圖2–圖4），實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定顏色光波的精準(zhǔn)響應(yīng)。就像收音機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)接收不同電臺(tái)一樣，這些納米天線(xiàn)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)和材料的調(diào)整來(lái)捕捉可見(jiàn)光。實(shí)驗(yàn)顯示，金-銀疊層結(jié)構(gòu)的天線(xiàn)更能同時(shí)發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)更寬波段范圍的響應(yīng)。

圖3：Au和Ag納米天線(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光的調(diào)控

圖4：Au–Ag疊層納米天線(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光的調(diào)控

除了上述優(yōu)點(diǎn)，這種立體的納米天線(xiàn)還能有效減少能量損耗，并對(duì)光的入射角度和偏振方向表現(xiàn)出高度敏感性。該技術(shù)有望應(yīng)用于高靈敏度傳感器、新型顯示技術(shù)和高效太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。這項(xiàng)研究不僅展示了法拉第3D打印技術(shù)的精確制造能力，也為開(kāi)發(fā)更高效的光電子學(xué)器件提供了新思路。

鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02951