实验室控制光和热纳米尺度下依靠“天线”:亚博

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网页登陆:在等离子体纳米天线的辅助下,将光子局限在纳米尺度的体积内修筑了生物(化学)传感和纳米光学的新视野。然而,等离子共振是一段时间的,而光子能量迅速不会作为热量减弱掉,从而在等离子体芯片上产生温度梯度。

  虽然等离子体纳米天线的局域化冷却在太阳能蒸汽发电,癌症化疗和催化剂等方面很简单,但是在其他一些应用于,如传感,光学,光谱和光信号处理等上面毕竟一个不热门的效应。  纳米天线往往大于它们所在的衬底材料的声子平均值权利程和热辐射的波长。它们也可以与空气分子的平均值权利程的大小互为相提并论。

  因此,金属纳米天线的加热方式与体材料有所不同,并可能会短路,在激光太阳光下甚至不会融化。理想的纳米天线设计不应获取明显的电场强度强化,低的空间选择性和光谱选择性,以及在整个工作温度范围内可控。  在一项新的工作中,来自麻省理工学院(MIT)机械工程系的研究人员明确提出了设计在纳米级的光热管理中获取多个功能的光-热混合天线的设计原则。

  由SvetlanaV.Boriskina博士和GangChen教授领导的麻省理工学院的研究小组在《ACS光子学》2016年8月11日网络版上报告了他们的结果(《Hybridoptical-thermalantennasforenhancedlightfocusingandlocaltemperaturecontrol》),他们预测,由金属和极性电介质做成的混合天线可以在工作波长和纳米尺度的局部温度控制下获取几个数量级的强度强化。光-热混合天线在红外线(a)和中远红外(b)的波长范围内与光子反感地相互作用为信号强化和温度控制获取了机会。  混合天线可以就是指非常简单的结构如金属纳米颗粒吸附在极性介质微粒上,到更加简单的金属-介质结构。

通过金属的表面等离子体模式和极性电介质的表面声子极化模式的唤起,它们可以被调整成与红外线和中到远红外线波长范围内的光子有很强的共振相互作用。  局域化表面等离子体还通过与束缚在介质微粒中的高Q值光学模式之间的强劲耦合和混合获得更进一步的强化。反过来,表面声子极化激元模式的唤起使得混合天线红外升空的横截面多达了其几何横截面,从而强化了通过热辐射展开的被动加热。

  Boriskina等人探寻了混合光-热天线的有所不同工作条件,这些条件各不相同光照的强度和天线与光学芯片的其余部分之间的热阻。他们预测,混合纳米天线的强化对流加热可更进一步协助减少温度。  还展示了混合光-热天线可以如何被用来构建对纳米粒子的强劲的局部冷却,同时将光学芯片的其余部分维持在低温下,这可以用作热催化剂和热辅助催化剂应用于。

  这个报导的结果为光-热天线在传感,光学,相干性热升空的产生,电磁辐射加热和局部催化剂等许多令人兴奋的应用于铺平了道路。他们还特别强调了纳米天线的多物理建模和研发混合构建的高产量制取新技术的重要性。_网页登陆。

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