王向贤 白雪琳 庞志远 杨华 祁云平 温晓镭

1) (兰州理工大学理学院, 兰州 730050)

2) (西北师范大学物理与电子工程学院, 兰州 730070)

3) (中国科学技术大学, 微纳研究与制造中心, 合肥 230026)

(2019 年 1 月 10 日收到; 2019 年 1 月 18 日收到修改稿)

金属纳米颗粒与金属薄膜的复合结构由于其局域表面等离子体和传播表面等离子体间的强共振耦合作用, 可作为表面增强拉曼散射(SERS)基底, 显著增强吸附分子的拉曼信号. 本文提出了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)间隔的90 nm金纳米立方体与50 nm金膜复合结构的SERS基底, 通过有限元方法数值模拟, 得到PMMA的最优化厚度为15 nm. 实验制备了PMMA间隔层厚度为14 nm的复合结构, 利用罗丹明6G (R6G)为拉曼探针分子, 633 nm的氦氖激光器作为激发光源, 研究了复合结构和单一金纳米立方体的SERS效应,发现复合结构可以使探针分子产生比单一结构更强的拉曼信号. 在此基础上, 研究了不同浓度金纳米立方体水溶液条件下复合结构中R6G的拉曼光谱. 结果表明, 当金纳米立方体水溶液浓度为5.625 μg/mL的条件下复合结构中R6G的拉曼信号最强, 且可测量R6G的最低浓度达10–11 mol/L.

1 引 言

微纳结构在物理、化学、生物、材料等领域有着广泛的研究和应用, 诸如: 传感[1−5]、光催化[6−9]、吸收增强[10,11]、Fano 共振[12−14]、磁场增强[15−17]、光刻[18−20]、太赫兹振荡[21,22]、超表面[23]等. 由于包含金属的微纳结构, 其与光相互作用而产生的表面等离子体共振效应, 广泛应用于高灵敏度、高分辨率的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman cattering, SERS)领域[24,25]. SERS 信号的增强很大程度上又取决于SERS基底的形状、尺寸以及……