PDF《粒复合结构的光吸收谱 及增 强》

第59 卷第4期2010 年4月10003290 /

2010 / 59( 04)/2753

07 物理学报ACTA PHYSICA SINICA Vol.

59, No. 4, April,

2010 A2010 Chin. Phys. Soc. Al2 O3 薄膜/纳米Ag 颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman 散射光谱研究黄茜1)L 张晓丹1) 纪伟伟1) 王京2) 倪牮1) 李林娜1) 孙建1) 耿卫东1) 耿新华1) 熊绍珍1) 赵颖1) 1)(南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300071) 2)(南开大学化学学院化学系,天津300071) (

2009 年6月3日收到;

2009 年7月30 日收到修改稿)Al2 O3 介质薄膜与纳米Ag 颗粒构成的复合结构,被应用于表面增强Raman 散射探测实验中,其中Al2 O3 介质薄膜对纳米Ag 颗粒的吸收谱及增强Raman 散射光谱的影响被特别关注.该复合结构的光学特性表征出纳米Ag 颗粒的偶极振荡特性.从光吸收谱中可以看到,其共振吸收谱随Al2 O3 介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移,表明纳米Ag 颗粒的周围介电常数随Al2 O3 介质薄膜厚度的增加而增大.采用罗丹明6G 作为探针原子,6个Raman 特征峰的平均增益值作为表征表面增强Raman 散射衬底增益程度的量度.实验结果表明,Al2 O3 介质薄膜层的引入提高了纳米Ag 颗粒的衬底介电常数,并引起了散射共振的增强,从而使表面增强Raman 散射强度提高.关键词:纳 米Ag 薄膜,共 振吸收,表 面增强Raman 散射,介 电常数PACC:7320M,3220F,3320K 国家重点基础研究发展计划(批 准号:2006CB202602, 2006CB202603)、 国家自然科学基金(批 准号:60976051)、 科技部国际科技合作重点项目计划(批 准号:2006DFA62390, 2009DFA62580)、 国家高技术研究发展计划(批 准号:2007AA05Z436, 2009AA050602)、 天津市科技支撑计划(批 准号:08ZCKFGX03500)和教育部新世纪人才支持计划(批 准号:NCET080295)资助的课题.LEmail:carolinehq@ nankai. edu. cn

1 引言沉积于介电材料上的贵金属纳米颗粒可以产生显著的光学共振现象[1― 3], 并在纳米颗粒表面形成强局域场[3, 4]. 其显著的光学与电学特性使得纳米贵金属颗粒在化学探测[5]、生物传感器[6]、光纤[7]、 超快光子开关[8]及表面增强Raman 光谱学(SERS)[ 6, 9, 10]等众多领域中具有广泛的应用潜力.纳米金属颗粒的光学特性可以有效地表征出入射光子与纳米金属颗粒价电子间的相互作用状态,因此被广泛研究,对其光学共振峰位置的有效调控也成为国际上的研究热点[1]. SERS 由于其高的探测精度,已经成为一门重要的散射光谱技术,被 应用于低浓度生命分子结构探测等方面.而其具体的作用机制却非常复杂,其中电磁场增强与化学增强机制已经得到了实验和理论上的认可[11― 13]. 本文采用在可见光及近红外区透明的介质薄膜材料Al2 O3 作为纳米Ag 颗粒的衬底材料,通过吸收谱研究了Al2 O3 介电常数对纳米Ag 颗粒光学吸收特性的影响.通过SERS 光谱研究了Al2 O3 介质薄膜对表面增强Fourier 红外Raman 散射(FT SERS)增强效果的影响,并对其中的影响机制进行了分析.2 实验本实验中纳米Ag 颗粒采用热蒸发的方法制备得到,其沉积温度为160 ℃ ,本底真空9

8 *

10 -

4 Pa, 沉积速率0

1 nm / s. 热蒸发已经被实验证明是2754 物理学报59 卷一种简便的、重复性高的纳米Ag 颗粒的制备技术,通过调节制备工艺可以有效地实现对Ag 颗粒形貌及光学特性的调控[2, 14], 且制备得到的纳米Ag 颗粒具有良好的Raman 增强效果[15, 16]. 同时利用反应热蒸发的方法制备得到了绝缘性Al2 O3 透明薄膜材料,其沉积温度为100 ℃ , 本底真空1