纳米人-难得！2天连发2篇Science，纳米金又要迎来新的春天？

难得！2天连发2篇Science，纳米金又要迎来新的春天？

纳米技术 2020-06-18

第一作者：Harsha Reddy、Kun Wang

通讯作者：Edgar Meyhofer、Vladimir M. Shalaev、Pramod Reddy

通讯单位：密歇根大学、普渡大学

研究亮点：

报道了在负载于超薄Au薄膜上的单个分子和扫描探针之间作用的单分子结，并对plasmonic热载流子的分布给出了量化的结果。

研究背景

Plasmonic纳米材料中由plasmon衰减过程产生的热载流子在光催化、光探测器中能够产生超过能带结构的限制，但是目前纳米材料中的热载流子稳态分布的实验量化分析仍未见很好的实验结果。

成果简介

2020年6月4日，密歇根大学机械工程系Edgar Meyhofer、Pramod Reddy与普渡大学Vladimir M. Shalaev等报道了在负载于超薄Au薄膜材料上的单个分子和扫描探针之间作用的单分子结，通过测试这种单分子结中的输运性质，作者对plasmonic热载流子的分布给出了量化的结果。实验中的结果显示，这种限域作用（Au厚度控制）的纳米系统中Landau damping（朗道阻尼）作用是产生热载流子的关键性物理机制。本文中发展的量化技术为研究纳米光子学器件和plasmonic器件中的plasmonic热载流子分布研究提供了有效的手段和范例。

作者选取了几种单分子作为研究对象（L1：四氰基乙烯和含有四个噻吩的分子组成的电荷转移复合物，L2：对二氰基苯，H1：3,4-乙撑噻吩外端分别被含有甲硫基取代的噻吩取代的分子），分子外端噻吩环上通过甲硫基取代用于结合在Au表面（根据之前的相关文献，Au-L1-Au和Au-H1-Au体系分别在LUMO和HOMO附近有比较明显的作用）。

图1. 热载流子能量分布的实验装置与策略。

将6~13 nm厚度的Au薄膜负载在熔融石英SiO₂基底上，随后将薄膜浸渍在分子溶液中修饰单层分子膜。在Au针存在的条件中，测试该反应体系中Au-分子-Au中产生的电流作用变化；通过830 nm线性极化的0.3 mW/μm²激光作用在体系中，测试不同电压（0.3~0.3 V）中L1分子体系变化情况；在-1.5~1 V中测试H1分子体系热载流子性能。

图2. 热载流子引起的SMJ电流变化，极化依耐性，以及L1和H1分子传输特性。

随后在13 nm厚度的Au薄膜中进行类似测试，结果显示由于Au薄膜厚度提高，热载流子的浓度比6 nm厚Au薄膜体系中衰减了~40 %。此外，作者通过模拟计算发现，热载流子主要在Fermi能级附近产生。

图3. 厚度为6 nm和13 nm的Au薄膜中载流子的能量分布。

另外，就在这篇文章发表的次日（6月5日），为了开发用于视网膜细胞类型的更有效的NIR光检测器（而人眼很大程度是无法检测到的），瑞士巴塞尔眼分子与临床研究所Botond Roska和Daniel Hillier等人在Science发表设计了一个由基因成分和金纳米棒成分组成的双重系统使视网膜对红外光敏感，即使用工程化的纳米粒子传感器和基因疗法，在具有遗传性退行性失明的老鼠和死后的人类视网膜中诱发红外光敏感性。这种方法可以通过在视网膜部分变性患者中诱导光敏性的同时防止饱和或过度活化来避免功能性感光细胞受损。