南开新闻网讯 分子结是构建未来分子功能器件的基石，等离激元能将光波限制在远低于光学衍射极限的维度，使得分子结中的等离激元效应横跨纳观和介观尺度，从而对纳米尺度中的电子输运特性产生一系列新奇的调控作用，大大推动了分子电子学与纳米光子学这一新兴交叉前沿领域的发展和进步。日前，南开大学电子信息与光学工程学院向东教授、康斯坦茨大学Elke Scheer教授、特温特大学Christian A Nijhuis教授及首尔国立大学Takhee Lee教授等合作者应邀在国际顶级期刊《自然综述：化学》（Nature Reviews Chemistry）上发表封面文章，以“分子结中的等离激元现象-原理与应用”为题，系统陈述了分子结中的等离激元现象之最新研究进展，并对分子结与等离激元相互作用的机制和未来应用进行了总结与展望。
“近年来，对分子结与等离激元相互作用的机制的探究有了长足的发展，对等离激元作用机制的清晰梳理大大有助于新型器件的构筑、发掘与应用，因而在这一交叉领域的研究中具有重要的引领意义。”向东介绍，通过施加偏压或光照可在电极之间激发出高度可调的表面等离激元，从而进一步调控电荷在分子结中的传输行为。反之，分子本身的介电特性及分子结中的电子输运行为也会对表面等离激元模式产生反向的调控作用。
“直接相关的机制一般可以总结为光子辅助隧穿、光致整流、等离激元导致的热电子激发、传输与再平衡，与此对应的伴生效应则包括电极的热膨胀效应、温差电效应、外光电效应、由电压驱动的光子发射效应等。“ 论文第一作者，南开大学电子信息与光学工程学院博士研究生王懋宁介绍，“我们不仅针对不同几何形貌的分子结的典型等离激元现象及表征手段进行了系统归类和详细介绍，而且较为全面地概述了等离激元与分子结作用的具体机制和伴生影响，并进一步探讨了光照射分子结时，结内激子-等离激元的耦合效应强弱与散射光谱线型的对应关系。”
基于表面等离激元与分子结的相互作用机制，新型的分子开关、分子传感、分子捕获器及分子光源等微纳器件可以被有效开发。在本文的总结和展望部分，王懋宁、向东及合作者进一步提出了这个交叉前沿领域的未来设想，例如以单层石墨烯或单壁碳纳米管为源-漏电极，有机分子体为电子传输骨架制备而成的全碳基单分子光电开关，飞秒光源瞬态照射分子结后的非线性效应、更高效绿色集成的单分子能量采集器、可无损靶向捕获的生物大分子及纳米颗粒等。这一交叉前沿的领域综合了物理、化学、材料、工程等方面的最新进展，可为发掘新型纳米光电器件的优异特性与全新应用开辟新的道路。
论文作者一直致力于开展等离激元与分子结相互作用方面的研究。Elke Scheer及向东在Nano letter、Light: Science and applications及Nano today率先报道了传导表面等离激元及局域表面等离激元对金原子结电导的调控作用。
该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金及天津市自然科学基金项目资助。（电子信息与光学工程学院供稿）
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41570-022-00423-4
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