开发新的纳米天线技术以收集光

时间：2021-08-30 14:52:04 来源：

Qinglan和Cunningham找到了一种使用纳米天线技术来收集光的方法。

要将光的能量利用到纳米级体积中，需要采用新颖的工程方法来克服被称为“衍射极限”的基本障碍。但是，伊利诺伊大学的研究人员通过开发纳米天线来突破这一障碍，该纳米天线将从光源（例如LED）捕获的能量封装成具有纳米级直径的粒子，从而有可能检测单个生物分子，催化化学反应并产生光子。量子计算的理想特性。

该结果具有广泛的应用，其中可能包括更好的癌症诊断工具，最近在《纳米快报》上发表。纳米快报是美国化学会在同行评议中享有盛誉的期刊，该论文的标题为“微腔介导的光谱可调放大”。等离子纳米天线的吸收，这项研究由美国国家科学基金会资助。

为了创建一种能够克服衍射极限的设备，研究生Huang Qinglan和她的顾问Holonyak实验室主任Brian Biggar Willett的工程学教授Brian T. Cunningham将光子晶体与等离子体纳米天线结合在一起，这是该领域的一种创新方法。光子晶体充当光接收器，并将能量聚焦到比从原始光源（例如LED或激光）接收的电磁场大数百倍的电磁场中。纳米天线在“调谐”到相同的波长时，会吸收电磁场中的能量，并将能量集中到一个较小的体积中，该体积又是强度更高的两个数量级。通过其对反射和透射光谱的影响，可以观察到光子晶体和纳米天线之间的能量反馈，称为“共振混合耦合”。

Huang说：“在两件事之间取得合作耦合是令人兴奋的，因为这从未做过。”“这是一个通用概念，我们已经通过实验首次证明了这一点。”

为了实现这一目标，该团队仔细控制了纳米天线的密度，以最大程度地提高其能量收集效率。他们还开发了一种方法，可以使纳米天线均匀地分布在光子晶体表面，并调整光子晶体的光学谐振波长，以匹配纳米天线的吸收波长。

除了改变研究人员如何利用光进行工作之外，这种新的耦合方法还具有改变诊断癌症的方式和时间的潜力。一种应用是将不比生物分子（例如DNA）大很多的金纳米颗粒用作纳米天线。在这种情况下，反馈提供了一种识别特定类型癌细胞特有的生物标志物的方法，该小组现在将共振杂交偶联技术与新型生物化学方法联系起来，以单分子精度检测特定于癌症的RNA和DNA分子。。坎宁安（Cunningham）和纳米传感器小组（Nanosensor Group）的其他成员将很快发表另一篇论文，重点关注该发现在癌症诊断方面的应用。

坎宁安说：“ Nano Letters是一本很难读的期刊。”“但是这项研究中新颖的物理学及其广泛应用的潜力使这项研究脱颖而出。这项研究的下一步涉及深入研究这种新方法的潜在应用。

参考：“微腔介导的等离子纳米天线中吸收光谱的可调谐放大”，作者：黄庆兰和Brian T. Cunningham，2019年7月17日，Nano Letters.DOI：
10.1021 / acs.nanolett.9b01764（PDF）

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