悬空亚十纳米等离激元间隙的快速大面积制备及其超灵敏SERS探测效应

中国科学院物理研究所微加工实验室李俊杰研究员、顾长志研究员等人利用应力诱导纳米桥断裂以及金属化过程控制悬空亚10 nm间隙的形成，制备了超高灵敏度的SERS探测衬底，其SERS增强因子可达10⁸。通过曝光、物理刻蚀以及化学腐蚀方法制备悬空的纳米桥结构，由于悬空结构中的残余应力会在纳米桥中集中，使得纳米桥断裂成为纳米间隙，间隙宽度与纳米桥的形状相关可以从亚10 nm到几十纳米之间调控。通过金属化过程可以使纳米间隙宽度进一步减小，并最终得到亚十纳米的悬空等离激元间隙。FDTD模拟发现，悬空间隙中存在法布里-珀罗（F-P）共振效应，当间隙中的F-P共振处于干涉相长状态时，纳米间隙的电磁增强因子可达2.4×10⁶。以R6G为分子探针对悬空纳米间隙的SERS增强能力进行了测试，结果表明，纳米间隙中产生了极强的SERS增强效应，可以测试浓度低至10^-16M的R6G溶液，其SERS增强因子达到了10⁸，具有单分子探测的能力。该研究对于SERS的实际应用，例如溶液的污染探测、疾病的早期检测等具有最重要意义。该研究结果发表在Nanoscale, 2018, 10 (7): 3171–3180上。

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图 (a)-(d) 器件结构示意图及SEM图，图(e) 为模拟仿真及实验测试结果图。