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微纳电子学研究院吴文刚教授课题组在三维手性光学天线研究中取得重要进展

旋光是光学的基本现象之一。19世纪初,人们就发现当光通过晶体或有机物溶液时偏振方向会发生改变。今天,随着科学技术的发展,旋光现象在生命物质分析检测以及信息科学,特别是光信息处理中显得越来越重要;但是,旋光效应非常微弱,比吸收、荧光等效应的强度要低多个数量级,因此极大地限制了旋光光谱等技术的灵敏度。近年来,纳米光学技术的突破使旋光效应在纳米尺度的增强与调控成为可能,而如何利用三维手性纳米天线结构产生旋光效应、调控光场的偏振特性等在加工和检测技术层面仍是一项挑战。

近期,北京大学信息科学技术学院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室吴文刚教授课题组与南京大学张伟华教授课题组合作,提出利用聚焦离子束应力引入致形变(focused ion beam stress-introducing deformation, FIB-SID)技术加工制备了三维手性纳米光学天线(一种三维纳米螺旋结构),并在实验上首次测量了单个结构的旋光光谱,获得了其旋光特性(光轴偏转角度±8°),实现了单个三维螺旋形手性结构对光偏振的调制。同时,该三维手性纳米天线结构还伴随着近场区域内光自旋密度的增强,在生化分子手征性质的超灵敏检测方面亦有重要应用。

1. (a)三维螺旋纳米天线的旋光效应,(b)天线的光学模式,(c-d)手性纳米光学天线的电镜照片图

该工作中的FIB-SID技术为多样化微纳三维结结构,尤其是高质量三维纳米光学天线的高自由度制备提供了新的方法,利用该方法加工制得的三维螺旋天线的手性参数及结构尺寸可精确调控(纳米尺度),结构形貌光滑且材料损伤低。

课题组以题为《一种基于金属薄膜可控双向折叠技术的三维手性光学天线》(Programmable Bidirectional Folding of Metallic Thin Films for 3D Chiral Optical Antennas)的学术论文发表于《先进材料》(Advanced Materials)期刊。该成果被选为封面内页(Inside Front Cover)文章进行亮点报道,并作为重要新闻(Advanced Science News)进行提示报道。微纳电子学研究院博士研究生毛逸飞为论文共同第一作者,吴文刚教授为论文共同通讯作者。

相关工作得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划、高等学校博士学科点专项科研基金等的支持。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201770127/full

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606482/full