近日，Wiley旗下Materials Views China的纳米专栏对biwn必赢任斌教授课题组最新Advanced Materials 2018, 30, 1706031的文章进行了题为“半峰宽最窄的表面等离激元材料的研制及其在超高灵敏传感中的应用”的报道。
拥有周期性纳米特征结构的贵金属（金、银）表面等离激元阵列能在特殊的激发条件下实现表面等离激元共振（Surface plasmon resonance，SPR），从而将入射光束缚在其表面。SPR对其周围环境折射率极其敏感，是一种高灵敏的化学和生物分析方法。SPR传感器的灵敏度通常以FOM（Figure of Merit=单位折射率变化导致波长移动/SPR峰的半峰宽）来表示。前者的进一步提升已经非常困难，而半峰宽的减小则需要降低金属纳米结构的固有损耗和散射损耗。其中固有损耗取决于所选择的金属，没有太多提升空间。而抑制散射损耗则有可能有效减小SPR半峰宽来提高传感器FOM。
他们深入分析表面等离激元阵列散射损耗的起源，提出一种全新超低损耗的无限趋近于平面的周期性表面等离激元阵列：通过减小特征结构，可以有效减小SPR模式的散射损耗，并获得了目前国际上在可见光波段最窄的半峰宽（3 nm）。理论结果表明该阵列的散射损耗已达论极限值，基本都来自金属的固有损耗。利用该结构上检测了甘油水溶液以及生物分子，获得高达730的FOM值，为已报道的SPR传感器的最高值。需要特别指出，目前文献中大部分高性能的SPR传感器仅能工作于近红外波段（~1400 nm），对光源和检测器都有特殊要求。而这款传感器即使在可见光波段的性能就已经优于其它近红外波段的传感器。
这种超低损耗、超窄半峰宽、超高Q值且造价低廉的新型纳米光学材料，不仅能在传感、检测领域获得广泛的应用，也为发展超高灵敏度的便携式传感检测器提供重要的思路。相信该材料将在纳米光学领域发挥其重要优势获得更广泛的应用，如可作为一个高品质的光学模式参与到与强耦合以及光学模式杂化相关的新型纳米光学器件中。
该论文的第一作者为博士后刘博文（目前已入职兰州大学青年研究员）。该工作中理论模拟由杨志林教授及其学生陈舒博士开展，表征中使用的变角光谱系统的软件和硬件由航空航天学院的王磊副教授及其学生张建成研制完成，王磊副教授为共同通讯作者。物理机电学院的刘守教授，电子科学学院的朱锦峰副教授，德国Oldenburg大学的Christoph Lienau教授也参与了实验和理论分析。此外，biwn必赢的姚旭博士生，钟锦辉博士，林海昕博士和黄腾翔博士也参与了该工作。该工作得到科技部项目(2016YFA0200601)，国家自然科学基金(21633005、21790354、21711530704、21621091、21373173)的支持。
报道链接：http://www.materialsviewschina.com/2018/05/28561/
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201706031
