导电聚合物实现可调谐纳米光学纳米天线

近日，来自瑞典的linköping大学的科学家开发了一种导电的聚合物，从而代替传统金属制成的光学纳米天线，可以使新型可控纳米光学组件用于各种应用，例如智能窗户和反光显示器。研究人员所使用的这种非传统有机材料可以支持近红外的局部表面等离子体共振，并且可以充当动态纳米光学天线，其共振行为可以通过化学氧化还原进行调节。

使用基于金属纳米结构的常规等离激元可以实现共振的光与物质相互作用，但是由于介电常数固定，可调谐性受到限制。 linköping大学的研究团队希望探索具有可切换状态的材料，以便在纳米级动态控制光与物质相互作用。

塑料中的等离子

科学家将PEDOT（一种在热电学和生物电子学中广泛使用的聚合物）的一种变体用于光学纳米天线制备，并表明光可以在这种有机材料的纳米结构中转换为等离激元。导电聚合物中的等离激元是由激子产生的。

沿着聚合物链的正电荷产生导电性。当光入射到纳米结构上时，这些正电荷形成了激子，激子集体振荡。同时，链具有一定畸变。正是这种集体振荡构成了等离子体激元。 Magnus Jonsson教授说：“我们的有机天线对可见光透明，而对更长波长的光相互作用。”

数十亿个纳米磁盘沉积在面积为1平方厘米的区域上。每个微盘都对入射光做出反应并产生等离激元。

研究人员制备了数十亿个纳米特征尺寸的有机导电材料盘。这些磁盘对光起反应并充当微小的天线。研究小组表明，圆盘的直径和厚度决定了它们反应的光频率。因此，可以通过改变圆盘的几何形状来控制共振频率（波长）。且磁盘越厚，频率越高。研究人员通过化学调节纳米氧化还原状态，证明了纳米天线光学响应是完全可逆转换的。

该团队希望通过改变用于制造纳米天线的聚合物来增加其纳米天线的反应带宽。研究人员正在继续探索打开和关闭有机纳米天线的方法。当实验室中制造的材料最初处于氧化状态时，纳米天线处于打开状态。

Jonsson教授说：“我们已经证明，为了减少材料，当材料暴露于蒸气中时，传导可以关闭，从而天线也可以关闭。如果我们再用硫酸将其重新氧化，它将重新获得导电性，并且纳米天线会再次打开。目前，这是一个相对缓慢的过程，但我们已采取了第一步，并证明了可逆转换是可能的。我们的研究结果使一种新型的可控纳米光学组件成为可能，该组件具有很广泛的应用潜力。”

这项研究目前已发表于” Nature Nanotechnology”（www.doi.org/10.1038/s41565-019-0583-y）。

有机电子实验室的博士生Shangzhi Chen和有机光子学纳米光学小组的负责人Magnus Jonsson。