利用它作为金属空腔介质可以实现纳米空腔在经典和量子区间的可逆转换 , 从而解决了量子等离激元不能可逆调节的问题 , 更详尽深入地揭示了量子等离激元在量子遂穿附近的变化规律 。
在这里 , 该团队发现的新知识是在量子遂穿区间 , 通过光激发的热电子溢出 , 可以通过量子遂穿效应调节量子等离激元的谐振 。
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(来源:Science Advances)
大胆假设、“步步为营”、谨慎求证、“和盘托出”
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整体来讲 , 该研究经历了大胆假设、步步为营、谨慎求证、和盘托出等过程 。
一开始丁涛并没有预见这种超分子体系能够实现量子等离激元的调控 , 只是抱着试一试的好奇心 , 看看超分子能不能驱动金属空腔的调控 。
至于为什么选择这种超分子是因为 , 该论文的共同通讯作者甘泉教授主要研究一种具有可伸缩特性的螺旋超分子 。
利用这种超分子 , 丁涛课题组首先尝试的是在溶液中调控金属纳米颗粒的间隙 , 然而由于金纳米颗粒表面修饰以及稳定性的问题 , 多次尝试均以失败告终 。
后来 , 他们认为在基底上组装形成纳米空腔结构可能更稳定 , 经过几番尝试后发现的确是可行的 , 并观测到了这类超分子对等离激元的在不同溶剂不同温度下都可以发生可逆调制 , 但是此时的调控还是在经典区间 。
在一次组会讨论中 , 丁涛设想能否将分子的尺寸进一步减小到量子区间 。 于是 , 他们尝试了更小的超分子体系 , 并在单双螺旋转换过程中 , 观测到了等离激元共振随着空腔减小发生先红移后蓝移的量子等离激元特征 。
为进一步证明量子隧穿效应 , 该团队利用光学激发等离激元热电子调制量子等离激元 , 热电子隧穿使纳米间隙的电导率增加 , 从而实现了量子等离激元可逆多次调控 , 为量子光电器件的开发提供了新思路 。
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(来源:Science Advances)
三次关键讨论和一次跨界合作
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丁涛表示 , 过程中比较难忘的是几次关键性的讨论 。
第一个关键性讨论是甘泉教授向其讲述他所研究的超分子笼子以及可能的应用 , 这种笼子尺寸大小在亚纳米量级 , 很快引起丁涛的兴趣 。 直觉告诉丁涛 , 这种分子如果应用到等离激元纳米空腔调控中将是一个非常有意思的尝试 。
第二个关键性讨论是在课题组会上 , 当时初步的研究结果表明这种超分子可以对经典等离激元进行调控 , 于是丁涛尝试将问题推向极限 , 看能否实现量子区间的调控 , 这种极限思维也是很多重大突破的源泉 。
第三个关键性讨论是与毛力教授讨论关于量子修正电路模型计算以及热电子遂穿相关的计算问题 , 这次讨论让整个过程的物理图像更清晰更合理 。
丁涛表示:“这种不同学科的交叉通常需要通过大量的讨论来推进 , 更重要的是有效地去落实这些讨论的内容 , 这就需要课题的主导者能够不断学习和联系新的知识 , 对各个领域都有所了解才行 。 ”
回顾研究历程 , 丁涛总结称 , 将两个完全不相干的学科(超分子化学和等离激元)结合在一起 , 却意想不到地解决了两个学科中存在的关键问题 , 并产生了一些有趣的知识 , 这表明跨学科合作的重要性 。
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