[发明专利]基于贵金属纳米颗粒-J聚体染料等离子体微腔及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于贵金属纳米颗粒‑J聚体染料等离子体微腔，包括银纳米膜、J聚体染料间隙层、以及分布于J聚体染料间隙层上的贵金属纳米颗粒。制备方法，将J聚体染料粉末溶于溶剂中，制得的J聚体染料溶液；采用电子束蒸发镀膜法在干净的硅片上镀上一层Ti/Ag薄膜；将J聚体染料溶液滴涂至银纳米膜上，采用旋涂法制备J聚体染料间隙层；将贵金属纳米颗粒溶液滴涂在PDMS上，轻轻按压，揭下PDMS，得到贵金属纳米颗粒‑J聚体染料等离子体微腔。有益效果是：成本得以有效降低，反应条件温和，后期处理简单，大大降低了运行成本。

技术领域

本发明涉及等离子体微腔结构技术领域，具体涉及一种基于贵金属纳米颗粒-J聚体染料等离子体微腔及其制备方法。

背景技术

近年来，光与物质的相互作用始终是光学领域研究的核心问题之一，在微纳尺度下，激子在有机分子和半导体材料的光学性质中扮演重要角色。由于激子在尺度上远小于光的波长，使得光与激子的相互作用在应用上受到了很大阻碍；表面等离激元(Surfaceplasmon polaritons，SPPs)是由金属表面电子集体振荡产生的表面局域电磁波模式，能够有效突破衍射极限，并具有极强的近场增强效应，为纳米尺度下实现光的调控提供了可能。

微腔结构中产生的表面等离激元模式与其周围的激子相互作用可根据其附近的波函数是否扰动分为强耦合和弱耦合两种情况。弱耦合时相互作用的波函数之间没有扰动，而强耦合时相互作用的波函数之间存在扰动，进而产生了“强耦合态”这个新概念，主要表现为表面等离激元与分子耦合形成新的杂化态，能量在新的杂化态上下能级间进行共振交换，即产生Rabi震荡，此时在其响应光谱上会出现Rabi劈裂。

基于等离子激元激子微腔结构所展现的半光、半物质特性，人们将光子限制在金属纳米粒子表面，压缩了空间电磁场的分布，并且通过调控激子材料的尺寸、浓度与相互作用之间的距离等条件，实现对等离激元和激子之间耦合强度的调控，这也为纳米尺度下光学调制器的开发提供可能。

正是基于上述诸多应用价值，近年来很多团队都致力于研究贵金属纳米颗粒-J聚体染料等离子微腔结构的构建。有课题组利用金核-银壳纳米线与两种不同的J聚体染料集成到单一的混合结构中(The journal of physical chemistry letters,2019,10:6137)，他们观察到极强的等离子体激元耦合和高达338meV(175meV和163meV)的双模Rabi劈裂，但选用2种染料也增加了后期成本。也有课题组构建了一个由银纳米棱镜和由J聚体染料分隔的单层WS₂复合系统(Optic Express,2019,27:16613)，在杂化微纳结构中实现了WS₂激子、J聚体染料激子和局域表面等离子体共振之间的强耦合过程，观察到了300meV(130meV和170meV)的双模Rabi劈裂。他们通过调节温度和J聚体的浓度来实现对强耦合的调控，但整个过程仅通过软件模拟仿真得到，并未有实验支撑。

因此，构造一种材料单一、制备过程简便、耦合强度大的新型表面等离子体微腔结构意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于贵金属纳米颗粒-J聚体染料等离子体微腔及其制备方法，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于贵金属纳米颗粒-J聚体染料等离子体微腔，包括银纳米膜、J聚体染料间隙层、以及分布于J聚体染料间隙层上的贵金属纳米颗粒。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

作为上述技术方案的改进，贵金属纳米颗粒为金或者银,贵金属纳米颗粒粒径范围为50nm-150nm。

更进一步，贵金属纳米颗粒为银。

更进一步，贵金属纳米颗粒粒径为50nm、70nm、90nm、110nm、130nm或150nm。