控制光与物质之间的相互作用一直是寻求开发和进步众多对社会至关重要的技术的科学家的长期抱负。近年来，随着纳米技术的蓬勃发展，光的纳米级操纵已成为既是继续发展的有希望的途径，又是独特的挑战，因为当结构的尺寸变得与光的波长可比时，就会出现新的行为。
新墨西哥大学物理与天文学系理论纳米光子学小组的科学家为此做出了令人振奋的新进展，该研究的开创性工作名为《分析纳米粒子阵列产生的近场极限》。最近发表在ACS Nano杂志上，这是纳米技术领域的顶级期刊。
由助理教授亚历杭德罗·曼加卡斯（Alejandro Manjavacas）领导的小组研究了如何控制金属纳米结构的周期性阵列的光学响应，以在其附近产生强电场。
他们研究的阵列是由银纳米颗粒组成的，这些银纳米颗粒比人类头发的厚度小数百倍，并以重复的方式放置，尽管它们的结果也适用于其他材料制成的纳米结构。由于每个纳米球之间的强相互作用，这些系统可用于不同的应用程序，从生动，高分辨率的彩色打印到可以彻底改变医疗保健的生物传感。
Manjavacas说：“这项新工作将提供有关其行为的基本见解，从而有助于推进纳米结构阵列的许多应用。” “我们预测，近场增强功能可能会改变超灵敏生物传感等技术的游戏规则。”
由物理和天文学系的研究生Lauren Zundel和Stephen Sanders组成的Manjavacas及其团队对这些阵列的光学响应进行了建模，发现了令人兴奋的新结果。当用光照射纳米结构的周期性阵列时，每个粒子都会产生强烈的响应，如果所有粒子都可以相互作用，则反过来会导致巨大的集体行为。这在入射光的某些波长处发生，该波长由阵列的粒子间间距确定，并且可以导致电场，该电场是照射在阵列上的光的电场的数千倍，甚至数万倍。
这种场增强的强度取决于阵列的几何特性，例如纳米球之间的间距以及球本身的大小。完全违反直觉，Manjavacas及其小组发现，通过增加每个纳米粒子之间的间距或减小它们的尺寸来降低阵列中纳米粒子的密度，不仅会产生更大的电场增强，而且会扩展到距离阵列更远的地方。 。
“发现这些巨大的场增强的关键实际上在于使粒子更小，更远，这真是令人兴奋，”发现的Zundel说。
桑德斯说：“这样做的原因是，纳米颗粒之间的相互作用增强了，因此集体反应得到了增强。”
该研究部分由美国国家科学基金会（NSF）赞助，并利用了UNM高级研究计算中心提供的高性能计算资源。
——文章发布于2019年10月11日
