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用于动态有机等离子体的导电聚合物纳米天线

2019-12-10 10:15:52 • 来源：

有机电子实验室的有机光子学和纳米光学研究小组的研究人员已经开发出由导电聚合物制成的光学纳米天线。天线可以打开和关闭，这将使一种全新的可控纳米光学组件成为可能。

用于动态有机等离子体的导电聚合物纳米天线

当光与金属纳米粒子相互作用时，就会产生等离子。该入射光设定断集体振荡，一个统一的向前和向后运动，在颗粒中的电子。正是这种集体振荡才是等离子体。世界各地许多研究小组研究了金属纳米结构及其在纳米级上整形光的能力，这些金属可用于例如生物传感器和能量转换设备，并增强其他光学现象。其他潜在的使用领域包括微型医疗设备和窗户，这些窗户和窗户控制着建筑物所吸收或发出的光和热量。

在《自然纳米技术》的一篇文章中，林雪平大学的科学家提出了光学纳米天线，它是由导电聚合物而不是传统的金属(例如金或银)制成的。在这种情况下，他们使用了PEDOT的变体，该PEDOT是在许多其他领域(包括热电和生物电子)中广泛使用的聚合物。

“我们证明，光可以在有机材料的纳米结构中转换为等离激元，”有机电子实验室有机光子学和纳米光学小组的负责人马格努斯·琼森说。

然而，不是电子在导电聚合物中产生等离子体激元，而是极化子。聚合物由连接的原子的长链组成，在研究人员使用过的导电聚合物中，沿聚合物链的正电荷负责导电性。这些正电荷与相关的链分布一起形成极化子，当光入射到纳米结构上时，极化子开始集体振荡。

Magnus Jonsson说：“我们的有机天线可以对可见光透明，同时对更长波长的光起反应，使它们对于智能窗户等应用很有趣。”

研究人员最初进行了理论计算，并使用模拟来设计实验，随后他们得以进行。该小组的博士生陈尚志已设法在表面上生产了数十亿个微小的纳米级有机导电材料盘。这些小盘对光起反应并充当微小的天线。

研究人员表明，圆盘的直径和厚度决定了它们反应的光的频率。因此可以通过改变盘的几何形状来控制该波长。磁盘越厚，频率越高。他们还希望通过改变所用的聚合物来增加纳米天线反应的波长范围。

他们探索的另一项创新是能够打开和关闭有机纳米天线，这是常规金属难以实现的。实验室制造的材料最初处于氧化状态，纳米天线被打开。

“我们已经证明，当我们通过将材料暴露于蒸气来还原材料时，我们可以关闭传导，并通过这种方式也可以关闭天线。如果我们再用硫酸将其重新氧化，则它可以重新获得导电性，并且纳米天线再次打开。这是一个相对缓慢的过程，但是我们已经采取了第一步，并表明了可行的方法。”马格努斯·琼森说。

“虽然这是基础研究，但我们的研究结果使一种新型的可控纳米光学元件成为可能，我们相信可以将其用于许多应用。”

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