Al2O3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; 张晓丹; 纪伟伟; 王京; 倪牮; 李林娜; 孙建; 耿卫东; 耿新华; 熊绍珍; 赵颖

doi:10.7498/aps.59.2753

摘要

Al2O3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Al2O3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Al2O3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Al2O3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,Al2O3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:

Abstract

Combined Ag nanoparticles with Al2O3 dielectric layer structure have been designed for molecular detection using surface enhanced Raman scattering. Optical absorption spectra studies reveal dipole plasmon resonance absorption property, which show regular red shift with the increasing of the thickness of Al2O3 layer. By use the combined structure as SERS substrates and rhodamine 6G as a test molecule, the results in this paper show that the scattering at 1064 nm increases with the thickness of Al2O3 dielectric layer which leads to the surrounding dielectric constant of Ag nanoparticles to increase.

Keywords:

作者及机构信息

(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

基金项目: 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：NCET-08-0295）资助的课题.

Authors and contacts

(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

参考文献

[1]	［1］Mishra Y K, Mohapatra S, Singhal R, Avasthi D K, Agarwal D C, Ogale S B 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043107
[2]	［2］Huang Q, Zhang X D, Wang S, Cao L R, Sun J, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2731 (in Chinese) ［黄茜、张晓丹、王烁、曹丽冉、孙建、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 2731］
[3]	［3］Xu G, Huang C M, Tazawa M, Jin P, Chen L H 2009 Opt. Comm. 282 896
[4]	［4］Wang T J, Lin W S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 173903
[5]	［5］Haes A J, Zou S, Schatz G C, van Duyne R P 2004 J. Phys. Chem. B 108 109
[6]	［6］Nie S, Emory S R 1997 Science 275 1102
[7]	［7］Zhang Y, Gu C, Schwartzberg A M, Zhang J Z 2005 Appl. Phys. Lett. 87 123105
[8]	［8］Feldstein M J, Keating C D, Liau Y H, Natan M J, Scherer N F 1997 J. Am. Chem. Soc. 119 6638
[9]	［9］Sajan D, Joe I H, Jayakumar V S 2006 J. Raman Spectrosc. 37 508
[10]	］Wu Q S, Zhao Y, Zhang C B, Li F 2005 Acta Phys. Sin. 54 1452 (in Chinese) ［吴青松、赵岩、张彩碚、李峰 2005 物理学报 54 1452
[11]	］Prokes S M, Alexson D A, Glembocki O J, Park H D, Rendell R W 2009 Appl. Phys. Lett. 94 093105
[12]	］Imura K, Okamoto H, Hossain M K, Kitajima M 2006 Nano Lett. 6 2173
[13]	］Fang J X, Yi Y, Ding B J, Song X P 2008 Appl. Phys. Lett. 92 131115
[14]	］Weimer W A, Dyer M J 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3164
[15]	］Meier M, Wokaun A, Vo-Dinh T 1985 J. Phys. Chem. 89 1843
[16]	］Huang Q, Wang J, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese) ［黄茜、王京、曹丽冉、孙建、张晓丹、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 1980］
[17]	］Stair P C 2001 Curr. Opin. Solid St. M. 5 365
[18]	］Mie G 1908 Ann. Phys. 25 377
[19]	］Kelly K L, Coronado E, Zhao L L, Schatz G C 2003 J. Phys. Chem. B 107 668
[20]	］Link S, El-Sayed M A 1999 J. Phys. Chem. B 103 4212
[21]	］Xu G, Chen Y, Tazawa M, Jin P 2006 Appl. Phys. Lett. 88 043114
[22]	］Orendorff C J, Gole A, Sau T K, Murphy C J 2005 Anal. Chem. 77 3261
[23]	］Xu H 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5980
[24]	］Prokes S M, Glembocki O J, Rendell R W, Ancona M G 2007 Appl. Phys. Lett. 90 093105

施引文献

[1]	［1］Mishra Y K, Mohapatra S, Singhal R, Avasthi D K, Agarwal D C, Ogale S B 2008 Appl. Phys. Lett. 92 043107
[2]	［2］Huang Q, Zhang X D, Wang S, Cao L R, Sun J, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2731 (in Chinese) ［黄茜、张晓丹、王烁、曹丽冉、孙建、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 2731］
[3]	［3］Xu G, Huang C M, Tazawa M, Jin P, Chen L H 2009 Opt. Comm. 282 896
[4]	［4］Wang T J, Lin W S 2006 Appl. Phys. Lett. 89 173903
[5]	［5］Haes A J, Zou S, Schatz G C, van Duyne R P 2004 J. Phys. Chem. B 108 109
[6]	［6］Nie S, Emory S R 1997 Science 275 1102
[7]	［7］Zhang Y, Gu C, Schwartzberg A M, Zhang J Z 2005 Appl. Phys. Lett. 87 123105
[8]	［8］Feldstein M J, Keating C D, Liau Y H, Natan M J, Scherer N F 1997 J. Am. Chem. Soc. 119 6638
[9]	［9］Sajan D, Joe I H, Jayakumar V S 2006 J. Raman Spectrosc. 37 508
[10]	］Wu Q S, Zhao Y, Zhang C B, Li F 2005 Acta Phys. Sin. 54 1452 (in Chinese) ［吴青松、赵岩、张彩碚、李峰 2005 物理学报 54 1452
[11]	］Prokes S M, Alexson D A, Glembocki O J, Park H D, Rendell R W 2009 Appl. Phys. Lett. 94 093105
[12]	］Imura K, Okamoto H, Hossain M K, Kitajima M 2006 Nano Lett. 6 2173
[13]	］Fang J X, Yi Y, Ding B J, Song X P 2008 Appl. Phys. Lett. 92 131115
[14]	］Weimer W A, Dyer M J 2001 Appl. Phys. Lett. 79 3164
[15]	］Meier M, Wokaun A, Vo-Dinh T 1985 J. Phys. Chem. 89 1843
[16]	］Huang Q, Wang J, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese) ［黄茜、王京、曹丽冉、孙建、张晓丹、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 1980］
[17]	］Stair P C 2001 Curr. Opin. Solid St. M. 5 365
[18]	］Mie G 1908 Ann. Phys. 25 377
[19]	］Kelly K L, Coronado E, Zhao L L, Schatz G C 2003 J. Phys. Chem. B 107 668
[20]	］Link S, El-Sayed M A 1999 J. Phys. Chem. B 103 4212
[21]	］Xu G, Chen Y, Tazawa M, Jin P 2006 Appl. Phys. Lett. 88 043114
[22]	］Orendorff C J, Gole A, Sau T K, Murphy C J 2005 Anal. Chem. 77 3261
[23]	］Xu H 2004 Appl. Phys. Lett. 85 5980
[24]	］Prokes S M, Glembocki O J, Rendell R W, Ancona M G 2007 Appl. Phys. Lett. 90 093105

[1]	孙远昆, 郭良浩, 王凯程, 王少萌, 宫玉彬. 太赫兹波对钾离子通道蛋白二级结构影响的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(24): 248701. doi: 10.7498/aps.70.20211725
[2]	王艳红, 王磊, 武京治. 神经微管振动产生纳米尺度内电磁场作用. 物理学报, 2021, 70(15): 158703. doi: 10.7498/aps.70.20210421
[3]	武小芳, 谢树果, 何云涛, 李丽, 李小路. 碳纳米管光学天线的有效波长和谐振特性. 物理学报, 2016, 65(9): 097801. doi: 10.7498/aps.65.097801
[4]	瞿谱波, 关小伟, 张振荣, 王晟, 李国华, 叶景峰, 胡志云. 激光诱导热光栅光谱测温技术研究. 物理学报, 2015, 64(12): 123301. doi: 10.7498/aps.64.123301
[5]	叶通, 高云, 尹彦. 利用聚碳酸酯模板制备的金纳米棒的表面增强Raman散射效应研究. 物理学报, 2013, 62(12): 127801. doi: 10.7498/aps.62.127801
[6]	黄茜, 熊绍珍, 赵颖, 张晓丹. 表面等离子激元非线性表面增强拉曼散射效应. 物理学报, 2012, 61(15): 157801. doi: 10.7498/aps.61.157801
[7]	佟建波, 黄茜, 张晓丹, 张存善, 赵颖. 纳米Ag颗粒表面等离子激元对上转换材料光致发光性能影响的研究. 物理学报, 2012, 61(4): 047801. doi: 10.7498/aps.61.047801
[8]	黄茜, 曹丽冉, 耿卫东, 孙建, 王烁, 熊绍珍, 张晓丹, 赵颖. 功能光学纳米Ag薄膜的制备及其光学特性研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2731-2736. doi: 10.7498/aps.58.2731
[9]	王光昶, 郑志坚, 谷渝秋, 温贤伦, 陈涛, 张婷, 张建炜. 超热电子输运背向光辐射的实验研究. 物理学报, 2008, 57(8): 5117-5122. doi: 10.7498/aps.57.5117
[10]	赵亚丽, 高帆, 汪壮兵, 明海, 许小亮. Ag-SiO2复合薄膜形貌和吸收特性的研究. 物理学报, 2007, 56(6): 3564-3569. doi: 10.7498/aps.56.3564
[11]	徐慧, 盛政明, 张杰. 相对论效应对激光在等离子体中的共振吸收的影响. 物理学报, 2006, 55(10): 5354-5361. doi: 10.7498/aps.55.5354
[12]	郑俊娟, 孙刚. 周期地嵌入电介质球壳的金属表层的表面等离子激元及其与电介质腔体模式的耦合. 物理学报, 2005, 54(6): 2751-2757. doi: 10.7498/aps.54.2751
[13]	刘向绯, 蒋昌忠, 任峰, 付强. Ag离子注入非晶SiO2的光学吸收、拉曼谱和透射电镜研究. 物理学报, 2005, 54(10): 4633-4637. doi: 10.7498/aps.54.4633
[14]	彭晓昱, 张杰, 金展, 梁天骄, 仲佳勇, 武慧春, 刘运全, 王兆华, 陈正林, 盛政明, 李玉同, 魏志义. 超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中超热电子的双叶状角分布. 物理学报, 2004, 53(8): 2625-2632. doi: 10.7498/aps.53.2625
[15]	朱频频, 刘建胜, 徐至展. Ar原子团簇与飞秒强激光相互作用产生的高能离子计算. 物理学报, 2004, 53(3): 803-807. doi: 10.7498/aps.53.803
[16]	柳学榕, 胡泊, 刘文汉, 高琛. 扫描近场微波显微镜测量非线性介电常数的理论校准系数. 物理学报, 2003, 52(1): 34-38. doi: 10.7498/aps.52.34
[17]	唐德礼, 孙爱萍, 邱孝明. 均匀磁化等离子体与雷达波相互作用的数值分析. 物理学报, 2002, 51(8): 1724-1729. doi: 10.7498/aps.51.1724
[18]	梁子长, 金亚秋. 一层非球形粒子散射的标量辐射传输迭代解的求逆. 物理学报, 2002, 51(10): 2239-2244. doi: 10.7498/aps.51.2239
[19]	刘建胜, 李儒新, 朱频频, 徐至展, 刘晶儒. 大尺寸团簇在超短超强激光场中的动力学行为. 物理学报, 2001, 50(6): 1121-1127. doi: 10.7498/aps.50.1121
[20]	白波, 郑坚, 刘万东, 俞昌旋, 蒋小华, 刘慎业, 郑志坚. 1.053μm激光打靶产生的二次谐波. 物理学报, 2001, 50(4): 726-729. doi: 10.7498/aps.50.726

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