Phy. Rev. Lett.：可视化低指数介电纳米颗粒中的Mie共振

【引言】

金属和高折射率电介质纳米粒子共振光散射受到了极大的关注，并且发现了许多重要的应用。然而，低折射率电介质纳米颗粒通常不会显示由于小折射率对比引起的光限制差异而导致的共振散射行为。Mie共振成为研究电磁波和机械波的重要部分，并在物理和工程领域得到了广泛的应用。在电磁学中，电介质纳米颗粒的 Mie共振为电磁共振的产生提供了新的机制，也为电磁超材料的构建开辟了一条简单却通用的途径。

【成果简介】

近日，来自密歇根大学的L. Jay Guo（通讯作者）的团队在Phy. Rev. Lett.发表了题为Visualizing Mie Resonances in Low-Index Dielectric Nanoparticles的文章，该团队提出一种简单而有效的方法，通过部分金属敷料大幅度提高低折射率颗粒的共振效应。低折射率纳米颗粒的Mie共振可以通过散射光很容易地被观察到。通过峰移或颜色变化解决了小至8nm的尺寸差异。低指数纳米颗粒中增强的Mie共振具有相当大的磁响应，这归因于强化电场场诱导的强循环位移电流，增强的Mie共振可用于检测低指数纳米颗粒的尺寸或折射率的微小变化，并有益于广泛的应用。

【图文导读】

图1：SiO₂纳米球的SEM图和散射图

(a): 金属修饰的SiO₂纳米球的SEM图像

(b-d): 金属修饰的SiO₂纳米球，熔融二氧化硅基底上的SiO₂纳米球和熔融二氧化硅基底上30nm Au膜上的SiO₂纳米球的微观暗视野透射图；

(e):测量486nm纳米球（黑色）与模拟（红色）以及没有纳米球（蓝色）的空白区域的散射光谱。

图2：不同尺寸的金属修饰的SiO₂纳米球的SEM图和散射图

(a): 具有不同尺寸的金属修饰的SiO₂纳米球的SEM图；

(b): 背景减去五个纳米球的前向散射光谱（黑线）和相应的模拟（红色虚线）；

(c): 纳米球的暗场TEM图；

(d): 具有相同放射率和相同放大率的相同纳米球的SEM图。

图3：散射效率和散射图谱分析

(a-b): 在空气中的全壳纳米球的不同核心尺寸处的散射效率谱；

(c): 在暗场照明下位于Au膜上的全壳纳米球（核心尺寸550nm）的正向散射光谱；

(e-f): 共振处的金属修饰纳米球（486nm）的正向散射光谱和场分布。

【小结】

该团队采用由两步沉积法产生的金属裙增强了低折射率纳米颗粒的Mie共振。金属网通过增强边界反射来改善低指数纳米粒子的光限制能力，从而增强Mie共振。可见光范围内的共振会导致尺寸相关的色彩，在增强的Mie共振中，增强的电场代替高介电常数诱导强循环位移电流并因此产生相当大的磁响应。

文献链接：Visualizing Mie Resonances in Low-Index Dielectric Nanoparticles（Phy. Rev. Lett., 2018, DOI: 10.1103/Phys Rev Lett.120.253902）

本文由材料人电子电工学术组杨超整理编辑。

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