固體所在金-銀異質二聚體陣列研究方麵取得新進展

近期 ，中科院合肥物質院固體所納米材料與器件技術研究部在金-銀異質二聚體陣列的可控合成及其在信息加密領域的應用研究方麵取得新進展 ，相關研究成果以“Antielectric Potential Synthesis of Plasmonic Au-Ag Multidimensional Dimers Array for High-Resolution Encrypted Information”為題發表在Nano Letters (Nano Letters, 2024, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00444)上 。      局域表麵等離激元共振效應（LSPRs）賦予等離子體納米粒子調控光與物質相互作用的能力 ，使得等離激元圖案陣列能夠編碼複雜顏色和偏振圖案 ，有望應用於信息加密芯片領域 。與上轉換及半導體量子點等材料相比 ，等離子體納米粒子能夠長期保持顏色穩定 ，可解決發光納米粒子強度不足和壽命短等難題 。其中 ，等離激元異質納米陣列由異質等離子體納米粒子經周期性排列構成 ，具有多維度的光學可調性 ，有助於實現高分辨率的信息加密 。

目前，等離激元陣列的可控製備主要分為兩大類方法 ：一是傳統的“自上而下”策略 ，如 ：蘸筆光刻 、物理氣相沉積等 。該類方法具有良好的長程有序性 、高重複性等優點 ，但材料局限大 、成本高昂 、操作複雜 、大麵積製造存在困難 。二是“自下而上”的自組裝策略 ，如 ：噴墨打印 、模板輔助的對流組裝等 ，該類方法的組裝材料豐富 ，產率更高 ，但大多依賴靜電力 、毛細管力作用 ，對實驗環境和組裝條件要求苛刻，定向組裝困難 ；且組裝的多為同質等離激元二聚體陣列 ，圖案分辨率大都處於微米範圍 ，難以同時實現高分辨率信息表達及大麵積圖案化 。綜上 ，受現有製備策略限製 ，等離激元異質納米陣列的可控製備及其在信息加密芯片領域的應用仍然存在挑戰 。      鑒於此 ，固體所研究人員開發了一種抗電勢生長法 ，實現了Au-Ag異質等離激元陣列的大麵積原位生長 。實驗中 ，AMBI（5-氨基-2-巰基苯並咪唑）配體在金納米球（Au NSs）表麵的吸附所引起的界麵能增加能夠克服Au NSs與Si襯底之間的靜電勢阱 ，幫助Ag離子克服成核勢壘 ，在Au NSs表麵生長 。通過調節反應體係的動力學和熱力學條件 ，二維（2D）Ag納米板和三維（3D）Ag截角立方塊能夠可控地在3D Au NSs結構單元上生長 ，獲得3D Au-2D Ag和3D Au-3D Ag二聚體陣列（圖1） 。實驗和理論模擬結果表明，由於3D Au-2D Ag和3D Au-3D Ag二聚體中Au NSs與Ag NPs的多極耦合共振 ，圖案化的3D Au-2D Ag和3D Au-3D Ag二聚體陣列分別呈現明亮的藍綠色和青綠色 ，與Au NSs陣列所呈現的橙色形成超強對比（圖2） ，實現了精細地顏色調控 ，圖案信息的分辨率達到了納米級 。該工作開發了一種圖案化等離激元超結構的製造策略 ，促進了等離激元陣列在高分辨率信息加密芯片領域的應用 。      上述工作得到了國家傑出青年科學基金 、國家自然科學基金等項目的支持 。

文章鏈接 ：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c00444

圖1. Au-Ag二聚體陣列的製備流程圖 ：(a) Au NSs陣列 ；(b) AMBI配體修飾改性後的Au NSs陣列 ；(c) 抗壞血酸作為還原劑獲得3D Au-3D Ag二聚體陣列的示意圖 ；(d) 對苯二酚作為還原劑獲得3D Au-2D Ag二聚體陣列的示意圖 ；(e) 表麵旋塗PMMA光刻膠的Au NSs陣列 ；(f) 通過電子束光刻技術獲得的圖案化Au NSs陣列 ；(g) AMBI配體修飾改性後的圖案化Au NSs陣列 ；(h) 圖案化Au-Ag二聚體陣列 。

圖2. 圖案化Au-Ag二聚體陣列的表征 ：(a) 3D Au-2D Ag二聚體陣列的低倍率SEM圖像（字母 ：USTC ，線寬 ：4 μm） ；(b-c) 圖(a)中彩色方格所對應的高倍率SEM圖像 ；(d) 3D Au-3D Ag二聚體陣列的低倍率SEM圖像（字母 ：ISSP ，線寬 ：2 μm） ；(e-f) 圖(d)中彩色方格所對應的高倍率SEM圖像 ；(g-i) 線寬分別為4 μm（USTC） 、2 μm（NTU）和400 nm（CAS）的圖案化3D Au-2D Ag二聚體陣列的暗場光學圖像 ；(j-1) 線寬分別為4 μm（ISSP） 、2 μm（CAS）和400 nm（CAS）的圖案化3D Au-3D Ag二聚體陣列的暗場光學圖像 。