Монослойный гексагональный нитрид бора может увеличить предел плазмонного усиления
Исследовательская группа под руководством профессора Ян Лянбао из Института физических наук Хэфэя Китайской академии наук обнаружила, что гексагональный нитрид бора (h-BN) может эффективно блокировать туннелирование электронов и расширять пределы плазмонного усиления в одноатомном межслоевом промежутке, что даёт глубокое понимание квантово-механических эффектов в плазмонных системах и открывает новые приложения, основанные на квантовой плазмонике. Результаты были опубликованы в Nano Letters.
(Слева) Схема монослоя h-BN в качестве туннельного барьера для горячих электронов.
(Справа) Изменение усредненного по объему коэффициента усиления SERS (EF) в зависимости от размера зазора (например, количества слоев h-BN).
Кредит: Чен Сию
Команда много лет работала над разработкой методов обнаружения с помощью рамановской спектроскопии (SERS) с усилением поверхности и обнаружила, что распределение интенсивности ближнего поля в нанометровом масштабе неравномерно. Чтобы добиться большего электромагнитного усиления, они использовали соседние металлические нанощели, но заметили, что уменьшение их размера приводит к возникновению эффекта квантового туннелирования, что делает его невыгодным для обнаружения SERS.
Чтобы преодолеть это, команда ввела высокий туннельный барьер, образованный монослоем h-BN, который активно блокирует эффект туннелирования электронов. Они количественно определили окончательный предел усиления ближнего поля в классической структуре, обнаружив внутреннюю интенсивность SERS h-BN в полости с одной частицей.
Исследование доказало, что монослой h-BN блокирует туннелирование электронов с использованием квантовых вычислений туннелирования горячих электронов и экспериментов со спектром рассеяния, зависящим от слоя. Сравнив экспериментальные результаты с расчетными результатами классической электромагнитной модели и модели квантовой коррекции, команда реализовала окончательное обнаружение предела усиления ближнего поля в классической структуре.
Эта работа дает важные рекомендации по квантовой плазмологии и фотодинамике нанощелей, помогая дополнительно анализировать квантово-механические эффекты в улучшении плазмы.
