基于级联多米诺技术的纳米间隙制备技术及其光局域增强能力

利用纳米间隙将光子压缩到深亚波长的体积中实现局域的“热点”，可以获得包括强耦合、量子等离子体、非线性增强、非局域性和分子结等有趣的现象。而基于蝴蝶结结构的纳米间隙则由于其构型特点而具有极强的场局域增强能力，且其场增强能力则随着纳米间隙尖端变得尖锐而迅速增加。然而，由于电子束光刻的临近效应的基本限制，在统计上无法可靠地制造出间隙小于10纳米的尖锐纳米天线。基于此，来自韩国浦项科技大学的Junsuk Rho等人提出了一种“自下而上”的纳米间隙制备方案。通过将制备的纳米蝴蝶结反图形相互接触到一起，并通过在图形上沉积金属并溶脱，最终获得了尖端曲率半径小于1 nm、宽度低至5 nm的纳米蝴蝶结结构。通过调控光刻胶图形的倾倒方向，则实现了纳米间隙阵列的制备。此外，该研究组通过数值模拟及表面增强拉曼（SERS）技术研究了纳米间隙的光局域增强能力，发现长度为150 nm、间隙对角为30°且尖端具有更小曲率半径的5nm间隙具有最强的场增强能力，验证了超尖锐纳米间隙的极端场增强能力。这种控制光刻胶倒伏的纳米间隙制备技术进一步提高了光局域增强的极限，使的强耦合、非线性增强器件的效率进一步提高成为了可能。相关结果发表在Materials Today, (2020) 39, 89-97.

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图：级联多米诺光刻制备具有超尖锐尖端的纳米间隙原理图及纳米间隙的制备能力和场局域增强能力