基于AFM的纳米结构操纵及其暗场散射光谱表征研究

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金属纳米颗粒具有理化性质稳定,生物相容性好,制备工艺相对成熟等诸多优点。由金属纳米颗粒所构成的介观尺寸的金属纳米结构具有良好的光调控能力。这种基于局域表面等离子体谐振效应的光调控能力能够产生近场增强和光波传导效应,从而广泛应用于单分子探测、超分辨成像、纳米尺测量、生物传感等方面。该效应能因强烈谐振会产生光的吸收和散射,不同几何尺寸的金属纳米结构会产生不同的吸收与散射效果,因此实现对金属纳米结构的可控加工和不同金属纳米结构散射光的表征具有重要意义。针对金属纳米结构的局域等离子体谐振散射所带来的场增强效应,本文采用有限元法,基于COMSOL软件和电磁场相关理论,研究了不同几何参数的金属纳米结构的场增强效果,发现金属纳米结构的几何参数是影响其场增强效果的关键因素之一。针对金属纳米结构加工方面,本文采用种子生长法试制了金纳米棒,最后选取银纳米线作为加工对象,探索了银纳米线结构的可控加工手段。使用原子力显微镜的nanolithography功能,对银纳米线进行了切割,弯折和移动的操纵,实现了亚波长银纳米线尺寸的任意构造。针对原子力显微镜在操纵过程中出现的漂移误差,开展了操纵误差实验并对实验结果和误差来源进行了分析,为提高操纵效率和精度提供了实验依据。最后,通过原子力显微镜纳米操纵得到亚波长尺寸的单根银纳米线和单个“L”型银纳米线结构。本文基于暗场显微成像的方法实现了金属纳米结构的散射光谱表征,设计并搭建了暗场散射光谱测量系统。检测了两根距离相近,近似平行的纳米线间隙处的散射光谱,验证了该系统的可靠性。利用该暗场散射光谱测量系统,检测了由原子力显微镜操纵得到的单根银纳米线和单个“L”型银纳米线结构的散射光谱,发现散射光谱的差异能够初步分辨几何尺寸不同的银纳米线结构。
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