光與物質的相互作用是衆多物理和化學過程的基礎,而納米材料的研究與發展爲光利用領域提供了前所未有的機會,尤其是納米等離子學。基於局域等離子體共振效應(LSPR),等離子體材料可以按需設計,並且具有增強的光捕獲和收集能力,可用於不同的領域,包括生物檢測、納米光學器件、能源儲存和轉換等。然而,金屬等離子體材料不可避免的存在吸收損失,而且材料較爲侷限,目前使用最多的等離子體材料是金銀銅等金屬材料,其自由電子密度很高,這也限制了共振頻率主要分佈於紫外到近紅外波段。除了貴金屬之外,研究人員已經在石墨烯、重摻雜半導體以及過渡金屬氧化物和硫化物材料體系中觀測到相應的等離子體共振信號。相對於貴金屬材料,半導體等離子體材料不僅具有良好的LSPR調諧性,最關鍵的優勢在於通過元素摻雜、缺陷控制、相變等手段,其自由載流子密度可以在更大範圍內有效調控。近年來,非晶等離子體材料的出現爲探索光與物質的相互作用提供了前所未有的機會,但截至目前,只有爲數很少的關於非晶等離子體材料的報道。

鄭州大學材料科學與工程學院許羣教授課題組在非晶等離子體材料的研究方面取得了一系列原創性研究成果(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1600-1604; Chemistry-AnAsian Journal 2017, 12, 2980-2984),受到了國內外同行的廣泛關注。最近,許羣教授應邀撰寫了題爲“Amorphous Materials for Enhanced Localized SurfacePlasmonResonances”的綜述文章(Chemistry-AnAsianJournal2018, 13, 730-739)

文章首先描述了非晶材料中的等離子體共振效應,相比於其對應的結晶結構,非晶材料中載流子密度更大,可調諧性更好,在生物檢測、催化等領域表現出良好的應用潛力。其次,論文系統地總結了非晶材料等離子體共振效應的調控手段,包括通過引入摻雜原子(H+)、晶格空穴和異質原子取代等手段來精確調控非晶材料中的載流子密度,從而誘導等離子體共振效應。最後,文章結合實例,全面探討了結晶度對於等離子體共振效應的影響,並總結了不同的非晶形式,如非晶陣列、非晶基底等對等離子體共振效應的影響。

作爲一個新興的領域,非晶等離子體材料還存着很多未知的挑戰和機會。許羣教授課題組開啓的二維非晶結構中的等離子體共振效應的研究,可以藉助二維材料的尺寸效應及獨特的能帶結構,實現傳統等離子體材料難以實現的功能。同時,理解非晶結構中的尺寸效應以及無序的晶體結構也爲我們在原子尺度上探究光與物質相互作用提供了一個新的平臺,爲新現象的發現和新原理的提出提供可能。希望這篇綜述能夠爲對非晶等離子體材料感興趣的更多年輕科學家起到引領作用。詳情請點擊“閱讀原文”。

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