Phy. Rev. Lett.：可視化低指數介電納米顆粒中的Mie共振

【引言】

金屬和高折射率電介質納米粒子共振光散射受到了極大的關注，并且發現了許多重要的應用。然而，低折射率電介質納米顆粒通常不會顯示由于小折射率對比引起的光限制差異而導致的共振散射行為。Mie共振成為研究電磁波和機械波的重要部分，并在物理和工程領域得到了廣泛的應用。在電磁學中，電介質納米顆粒的 Mie共振為電磁共振的產生提供了新的機制，也為電磁超材料的構建開辟了一條簡單卻通用的途徑。

【成果簡介】

近日，來自密歇根大學的L. Jay Guo（通訊作者）的團隊在Phy. Rev. Lett.發表了題為Visualizing Mie Resonances in Low-Index Dielectric Nanoparticles的文章，該團隊提出一種簡單而有效的方法，通過部分金屬敷料大幅度提高低折射率顆粒的共振效應。低折射率納米顆粒的Mie共振可以通過散射光很容易地被觀察到。通過峰移或顏色變化解決了小至8nm的尺寸差異。低指數納米顆粒中增強的Mie共振具有相當大的磁響應，這歸因于強化電場場誘導的強循環位移電流，增強的Mie共振可用于檢測低指數納米顆粒的尺寸或折射率的微小變化，并有益于廣泛的應用。

【圖文導讀】

圖1：SiO₂納米球的SEM圖和散射圖

(a): 金屬修飾的SiO₂納米球的SEM圖像

(b-d): 金屬修飾的SiO₂納米球，熔融二氧化硅基底上的SiO₂納米球和熔融二氧化硅基底上30nm Au膜上的SiO₂納米球的微觀暗視野透射圖；

(e):測量486nm納米球（黑色）與模擬（紅色）以及沒有納米球（藍色）的空白區域的散射光譜。

圖2：不同尺寸的金屬修飾的SiO₂納米球的SEM圖和散射圖

(a): 具有不同尺寸的金屬修飾的SiO₂納米球的SEM圖；

(b): 背景減去五個納米球的前向散射光譜（黑線）和相應的模擬（紅色虛線）；

(c): 納米球的暗場TEM圖；

(d): 具有相同放射率和相同放大率的相同納米球的SEM圖。

圖3：散射效率和散射圖譜分析

(a-b): 在空氣中的全殼納米球的不同核心尺寸處的散射效率譜；

(c): 在暗場照明下位于Au膜上的全殼納米球（核心尺寸550nm）的正向散射光譜；

(e-f): 共振處的金屬修飾納米球（486nm）的正向散射光譜和場分布。

【小結】

該團隊采用由兩步沉積法產生的金屬裙增強了低折射率納米顆粒的Mie共振。金屬網通過增強邊界反射來改善低指數納米粒子的光限制能力，從而增強Mie共振。可見光范圍內的共振會導致尺寸相關的色彩，在增強的Mie共振中，增強的電場代替高介電常數誘導強循環位移電流并因此產生相當大的磁響應。

文獻鏈接：Visualizing Mie Resonances in Low-Index Dielectric Nanoparticles（Phy. Rev. Lett., 2018, DOI: 10.1103/Phys Rev Lett.120.253902）

本文由材料人電子電工學術組楊超整理編輯。

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