Concentração Aumentada de Energia Eletromagnética em Cadeias de Partículas Quiral Acopladas em Filme de Ouro

Resumo

Sistema nanopartícula metálica-filme provou ter capacidade de focar luz no gap entre partícula e filme, útil para espalhamento Raman aprimorado por superfície e catálise plasmônica. Quiralidade plasmônica em rápido desenvolvimento também pode ser realizada em tal sistema. Aqui, investigamos efeito de focalização de energia eletromagnética e aumento de campo quiral próximo em cadeia de partículas quirais acopladas em filme de ouro. Mostra grande aumento de campo elétrico no gap entre partícula e filme, bem como campo quiral próximo. Propriedades de aumento em picos ressonantes para sistema excitado por luz polarizada circularmente à esquerda e à direita são obviamente diferentes. Esta diferença resultante da interação de luz polarizada circularmente e sistema quiral partícula-filme é analisada com hibridização plasmônica. A atividade óptica aumentada pode fornecer aplicações promissoras para aprimoramento de sensor de molécula quiral para este sistema cadeia de partícula quiral-filme.

Introdução

Ressonância de plasmon de superfície localizada (LSPR) resultante de oscilações coletivas coerentes acopladas de elétrons livres em nanoestrutura metálica e luz incidente associa forte campo eletromagnético próximo ao redor da nanoestrutura. Uma das principais questões para LSPR é investigar nanoestrutura plasmônica com gaps na escala de nanômetro, nos quais um ou mais "pontos quentes" com alto aumento de campo eletromagnético surgem. Pontos quentes tornam vários tipos de nanoestruturas metálicas promissoras para aplicações em áreas como espectroscopia Raman aprimorada por superfície (SERS), colheita de luz solar e fotocatálise, espectroscopia de perda de energia de elétrons, sensoriamento químico e biológico, fotoemissão aprimorada por superfície, óptica não-linear e fotodetecção. Aumento de campo em nanoestruturas plasmônicas com gaps na escala de nanômetro, como dimeros, trímeros e outros oligômeros, foi estudado e ofereceu maneiras flexíveis de ajustar propriedades ópticas de nanoestrutura mudando comprimentos de onda de excitação, tamanho de oligômeros, arranjo de nanopartículas (NPs) e distância de gap inter-partícula. Vale notar que energia eletromagnética redistribuirá por causa da interação de NPs e filme metálico em sistema complexo NP-filme metálico, e sistema exibe aumento de campo mais forte que oligômeros gerais. Tais estruturas partícula-filme acopladas podem potencialmente ser aplicadas em espectroscopia molecular.

Nos últimos anos, muita atenção foi dada à atividade óptica plasmônica, que é a resposta diferente de estruturas plasmônicas quirais para luz polarizada circularmente à esquerda (LCP) e à direita (RCP), mesmo se o material em si não é quiral. Um efeito é chamado dicromatismo circular (CD, θ = (I_R^1/2 - I_L^1/2)/(I_R^1/2 + I_L^1/2) ≈ ΔA(ln 10/4)) que descreve diferença de extinção de LCP e RCP. Muitas biomoléculas incluindo aminoácidos, ácidos nucleicos e proteínas exibem efeito CD, e análise CD é essencialmente importante em desenvolvimento de fármacos, biomedicina e ciências da vida. Resposta CD originada da interação entre moléculas quirais e radiação eletromagnética é extremamente fraca, então a principal tarefa de investigação é aumentar o sinal óptico resultante. Várias nanoestruturas plasmônicas foram exploradas, como arranjo helicoidal de NPs metálicos e metamateriais quirais. Nestes, nanoestruturas quirais compostas por NPs metálicos aquirais exibem enorme atividade óptica originada de interação plasmônica entre NPs aquirais. E pontos quentes no campo próximo de NPs são "super-quirais", chamados campos super-quirais, que podem induzir aumento excepcional de campo quiral próximo para explorar moléculas quirais e projetar dispositivos ópticos quirais. No entanto, a maioria dos estudos sobre campos super-quirais focou no aumento entre partícula-partícula em oligômero ou sistema oligômero-filme, o aumento de campo quiral próximo entre partícula-filme é raramente considerado. Como introduzido acima, de fato forte aumento de campo próximo também ocorre na região de gap entre partícula-filme no sistema oligômeros em filme metálico. Consequentemente, para sistema complexo partícula-filme, há forte campo super-quiral não apenas entre partículas, mas também entre gap partícula-filme, que pode facilitar medição de amostras de moléculas quirais com substratos. Fortes respostas CD beneficiam aplicações potenciais em muitos campos como detecção de quantidades traço de moléculas, discriminação quiral e dispositivos ópticos sensíveis à polarização.

Neste trabalho, investigamos propriedades ópticas de sistema complexo consistindo de cadeia de nanopartículas quirais em filme de ouro sob excitação de luz LCP e RCP. Energia eletromagnética nas regiões de gap entre partículas e entre partícula-filme exibe diferentes distribuições, e campo aumentado resulta em campo próximo super-quiral e forte resposta de dicromatismo circular (CD). Enormes respostas ópticas quirais no sistema podem ter aplicações promissoras na detecção de quantidades traço de moléculas quirais.

Métodos

Propriedades ópticas de sistema complexo tetramérico consistindo de cadeia de nanopartículas quirais em filme de ouro (sistema cadeia de partícula quiral-filme) foram investigadas numericamente utilizando COMSOL Multiphysics baseado no método de elementos finitos (FEM). Cadeia de partículas quirais consiste de quatro nanoesferas de Ag com diferentes diâmetros arranjadas no sentido horário de pequeno para grande quando olhando along direção da luz incidente. Cadeia de partículas, cujos raios são 20, 30, 40 e 50 nm (estrutura esquerda (LH)), mostrada na Fig. 1a, b. Tamanhos escolhidos porque picos de ressonância estão na faixa experimental usual. Quatro nanoesferas arranjadas no mesmo círculo em plano x-y (como mostrado por círculo pontilhado azul na Fig. 1b, onde raio R é 75 nm). Cadeia de partículas quirais colocada em filme de Au de 100 nm espessura com gap de 1 nm entre partícula-filme. Gaps entre cada duas partículas adjacentes na cadeia são 2 nm. Tamanhos de gap escolhidos como 1 nm na análise principal porque é espessura típica para monocamada de moléculas adsorvidas em partículas. Propósito do trabalho é dar resultados teóricos de referência a experimentos que moléculas quirais adsorvendo em partículas para sensoriamento. Resultados de outros tamanhos de gap em Arquivo Adicional 1 para referência. Sistema cadeia de partícula quiral-filme excitado com LCP e RCP, respectivamente, vindo do lado da cadeia de partículas normal ao filme Au. Simulações de onda completa tridimensional (3D) realizadas com condições de contorno periódicas nas direções x e y. Permissividade relativa de prata e ouro extraída de dados experimentais reportados por Johnson e Christy. Meio circundante da cadeia de partículas definido como 1,0. Malhas não-uniformes usadas para formatar objeto. Maior malha definida menor que λ/6. Cadeia de partículas colocada no plano x-y. Luz incidente definida como 1 V/m e propagada along eixo z. Espectros de reflexão (R) obtidos pela razão do fluxo de potência refletido e fluxo de potência incidente. Como amostra não é transparente, absorção obtida por 1 − R.

Resultados e Discussões

Análise de Espectros de Absorção e CD

Espectros de absorção dos sistemas para luz LCP e RCP plotados com curvas sólidas azul e vermelha na Fig. 1c. Quatro principais picos ressonantes plasmônicos em torno de 590, 635, 710 e 785 nm. Comparando dois espectros de absorção, há diferenças óbvias nas posições de pico e intensidade de pico ressonante na faixa 530 a 860 nm, particularmente óbvias nos dois comprimentos de onda ressonantes curtos. Painel inferior da Fig. 1c mostra espectros CD (CD ≈ ΔA = (1 − R_R) − (1 − R_L) = R_L − R_R em nosso sistema, R_L e R_R refletividade para estrutura excitada por luz LCP e RCP respectivamente). Respostas CD mais fortes perto dos picos ressonantes. Devido ao arranjo quiral das partículas, respostas das quatro partículas são diferentes. Interações entre partículas respondendo diferentes levarão a diferença de resposta total para LCP e RCP, que é quiral. Resposta pode ser explicada usando correspondência ou não correspondência do vetor elétrico e modos de estrutura em momento específico. Muito similar a modelo Born-Kuhn, vetor de campo elétrico rotativo corresponderá a diferentes modos em diferentes momentos em período de LCP e RCP e vetores elétricos de LCP e RCP rotam em direções contrárias. No entanto, na condição de sistema de cadeia de partículas, cargas de imagem no filme interagirão com cadeia de partículas e formarão cadeia dupla equivalente. Consequentemente, há fortes respostas CD por causa dos vetores de campo elétrico rotativos de luz incidente LCP ou RCP que está along ou contra direção do dipolo formado pela cadeia de partículas LH no filme em comprimentos de onda de excitação específicos.

Análise de Focalização de Luz Polarizada Circularmente

Nossos estudos prévios mostraram que "pontos quentes" com alto aumento de campo eletromagnético para sistema nanopartícula-filme metálico ocorre não apenas entre nanopartículas mas também entre nanopartícula e filme metálico. E em alguns casos, campo eletromagnético entre partícula e filme é ainda mais forte. Energia eletromagnética redistribuiria por causa das diferentes interações entre cadeia de partícula quiral-filme e luzes excitantes LCP/RCP. Efeito de focalização de energia de campo próximo do sistema investigado para diferentes luzes polarizadas circularmente, como mostrado na Fig. 2. Fig. 2a, b exibe distribuição de campo elétrico no meio do gap entre cadeia de partícula quiral e filme de Ag nos picos ressonantes para luz LCP e RCP, respectivamente. Para conveniência, gaps entre partículas de diferentes diâmetros e filme rotulados como F1, F2, F3, F4 (como mostrado na coluna direita da Fig. 2c. Na Fig. 2a, b, cada gráfico representa distribuição de campo elétrico no pico ressonante correspondente, e cada posição de aumento de campo respectivamente corresponde a F1, F2, F3, F4. No mesmo comprimento de onda excitado, posição de aumento de campo e intensidade exibem diferença óbvia para LCP e RCP. Nos comprimentos de onda ressonantes 590, 635, 710 e 785 nm, campos mais fortes ocorrem em F1, F4, F2, F4 respectivamente para LCP; aumentos máximos correspondentes 270, 346, 333, 385. Para RCP, campos mais fortes ocorrem em F3, F2, F3, F3-F4 nos comprimentos de onda acima; aumentos máximos correspondentes 187, 319, 463, 386. Além disso, aumentos de campo de outros gaps também mostram diversidade para diferentes comprimentos de onda para LCP e RCP. Fig. 2c mostra intensidade de campo elétrico nos gaps entre diferentes partícula-filme na cadeia de partícula quiral-filme com comprimento de onda excitante variando 400 a 1000 nm. Curva sólida azul representa campo elétrico para LCP e vermelha para RCP. Aproximadamente, aumento máximo ocorre em partícula menor com pico de ressonância de comprimento de onda curto e em gap de partícula maior com pico de ressonância de comprimento de onda longo, de acordo com expectativa mas não tendência absoluta. Além disso, no mesmo gap com diferentes picos ressonantes, ou em diferentes gaps no mesmo pico ressonante, aumentos de campo próximo também mostram diferenças significativas nas posições de pico ressonante e intensidade de aumento para diferentes luzes polarizadas circularmente. Nos gaps F1 e F2, diferença máxima de aumento causada por diferentes polaridades de luz LCP e RCP ocorre em torno de 635 nm, e razões dos aumentos sob RCP e LCP são 3,5 e 5,5 para F1 e F2, respectivamente. Para F3, maiores diferenças de aumento encontradas em torno de 635 e 710 nm, e razões de aumento para LCP a RCP respectivamente 3 e 0,5. Vale notar que 0,5 vezes aumento aqui mostra aumento mais forte sob luz RCP que LCP em torno de 635 nm. Para F4, maior diferença de aumento em torno de 635 nm, e razão de LCP a RCP é 1,4. Estes fenômenos são bons para excitar resposta CD e fornecem perspectivas de sensor molecular em substrato em diferentes posições.

Para entendimento profundo do mecanismo por trás do aumento de campo elétrico do sistema cadeia de partícula quiral-filme, investigamos modo de cada pico ressonante do ponto de vista de hibridização. Segundo espectros de refletância do sistema, quatro picos ressonantes marcados como 1, 2, 3, 4 respectivamente, como mostrado na Fig. 3 (azul para LCP e curva vermelha para RCP). Distribuições de carga superficial do sistema sob excitação LCP ou RCP mostradas na esquerda e direita, respectivamente, com níveis híbridos no meio. Setas coloridas indicam estados de polarização das diferentes partículas de raio, correspondentes a 20, 30, 40, 50 nm plotados com preto, vermelho, azul, amarelo. Filme representado como linha ciano sob setas; linhas ciano representam níveis híbridos também. Dipolos de imagem opostos induzidos no filme mostrados com cor cinza.

Para primeiro nível em torno de 785 nm, é modo dipolo grande híbrido típico com dipolo oposto de imagem induzido no filme. Para excitação RCP, devido a momento mais fraco para partícula 50 nm (dipolo amarelo), nível de energia desloca para azul alguns nanômetros (precisa olhar muito de perto para resolver) relativo à excitação LCP. Segundo teoria de hibridização de partícula e filme, sabe-se que para tal acoplamento de carga de imagem induzida, sistema é sempre modo de ligação, então sempre abaixa energia. Se acoplamento mais fraco, energia será mais alta (deslocamento azul). Do dipolo grande acoplado e dipolo de imagem, pode-se ver facilmente que para excitação LCP, campo elétrico mais forte deve estar sob partícula 50 nm (dipolo amarelo); para excitação RCP, pontos mais fortes F3 e F4 devem estar sob partículas 40 nm (azul) e 50 nm (amarelo) (50 nm ainda mais forte). Para segundo nível em torno de 710 nm, das distribuições de carga superficial nas partículas, vê-se que para excitação LCP, duas partículas menores estão na mesma orientação (modo antiligação para duas partículas) e vertical à superfície; duas partículas maiores na mesma orientação com direção oposta às duas menores. Mas para excitação RCP, dipolo preto polarizado no horizonte, que abaixará energia do nível. Das direções dos dipolos, deve-se considerar que para excitação LCP dipolos vermelho e azul são opostos, então podem fortalecer um ao outro de modo que F2 e F3 devem ser mais fortes. Segundo Ref. [36], neste caso, partícula menor confinará mais energia, então F2 é gap mais forte. Para excitação RCP, o horizonte (seta preta) cancela F2 parcialmente porque dipolo preto e vermelho são parcialmente antiligantes, então F3 é mais forte. Terceiro nível em torno de 635 nm. Comparado ao segundo nível, dipolo azul inverte, e campo forte produzido por dipolos preto, vermelho e azul atrai dipolo amarelo em ângulo inclinado. Dipolo azul invertido também torna energia do nível mais alta sob excitação LCP porque este modo é hibridizado pelos três dipolos. Quando excitado com RCP, dipolos preto e azul no horizonte tornam energia mais baixa. Das orientações dos dipolos, pode-se encontrar diretamente que gap F4 é mais forte para LCP porque seta azul e amarela fortalecem uma a outra e F2 é mais forte para RCP porque setas preta e azul fortalecem a vermelha. Quarto nível em torno de 590 nm. Quase mesma orientação dos quatro dipolos torna energia mais alta. Sob excitação LCP, primeiros três dipolos quase na mesma orientação, e amarelo inclinado em grande ângulo, que abaixa energia. Sob excitação RCP, dipolo inclinado é o preto. Como momento de dipolo mais fraco, energia total mais alta que execução LCP. Da configuração de dipolos, vê-se que para LCP, gap mais forte deve ser F1 sob menor partícula porque menor partícula tem maior habilidade de foco sob tal configuração porque partículas maiores aumentarão campo ao redor da menor mais. Para RCP, gap mais forte não é F1 ou F2 porque dipolo preto muito pequeno e quase sob gap do dipolo vermelho. Então campo oposto entra gap do dipolo vermelho demais e cancela campo. Para azul e amarelo, gap mais forte deve ser F3 porque partícula azul é menor. Em total, análise na hibridização se encaixa bem com resultado na Fig. 2.

De fato, aumento de campo elétrico entre partículas na cadeia de partícula quiral-filme também é muito forte. Espectros de aumento em gaps P1, P2, P3 entre partículas (insets da Fig. 4) mostrados na Fig. 4. Notamos que picos máximos de campo deslocam para comprimento de onda longo quando diâmetro de partículas adjacentes aumenta, em torno de 620 nm para gap P1, 710 nm para P2, 785 nm para P3, respectivamente. Aumentos máximos de campo elétrico são 120, 217, 226. Tendência similar a excitação RCP. Interessante que posições de pico de aumento não são exatamente iguais para excitação LCP e RCP. Não obstante, comparado aos espectros de aumento de campo elétrico mostrados na Fig. 2c, efeito de aumento entre partícula-filme é mais forte que entre partículas.

Campo Super-Quiral em Focalização Quiral

É muito claro que uma vez há filme sob partículas, há efeito de foco no gap entre partículas e filme. E efeito de foco varia sob excitação LCP e RCP. Um dos grandes problemas em quiralidade aprimorada por plasmon é que estrutura pode render campos próximos super-quirais, esperado para ser aplicado para sensoriamento ou detecção de moléculas quirais. Para investigar resposta aumentada de campo quiral próximo, fator de aumento de quiralidade óptica ao redor dos sistemas calculado. Fator de aumento de quiralidade óptica, definido como Ĉ = C/C_CP, onde C = −ε₀/2ω Im[E*⋅B] é quiralidade óptica, introduzida por Tang e Cohen, que pode ser quantitativamente caracterizada pelo grau de assimetria quiral. Aqui, ε₀ permissividade do espaço livre, ω frequência angular da luz incidente, E e B campos elétrico e magnético locais. C_CP = ±ε₀ωE₀²/(2c) quiralidade óptica para luz LCP (+) e RCP (−) com amplitude de campo elétrico E₀. Por causa do forte acoplamento de campo próximo, enorme aumento de campo nos gaps entre partícula-filme (ver Fig. 2) pode gerar campos quirais locais obviamente aumentados nos gaps correspondentes. Distribuições locais de campo quiral no pico ressonante 635 nm mostradas na Fig. 5. Encontra-se forte aumento de quiralidade nos gaps F4 e F3 para LCP. No entanto, aumentos ocorrem nos gaps F2 e F1 para RCP. Resultados acima correspondem à Fig. 2. Distribuições de campo quiral local para outros picos ressonantes apresentadas no Arquivo Adicional 1: Figura S2 (a)–(c). Na Fig. 6a, b, mostramos distribuição de fator de aumento de quiralidade óptica no plano x-y no meio do gap entre partícula-filme nos quatro picos ressonantes respectivamente quando sistema excitado por luz LCP e RCP. Posições de aumento correspondem às regiões de gaps F1, F2, F3, F4 no sentido horário, respectivamente. Força do aumento em diferentes gaps diferente no mesmo modo ressonante para luz LCP e RCP. Sob mesma excitação CPL, campo super-quiral no gap também varia. Podemos ver fator de aumento quiral pode atingir 90 vezes em posições e comprimento de onda ressonante benéficos. Aumento óptico quiral também seletivo para luz LCP e RCP em diferentes localizações do mesmo gap. Além disso, regiões de aumento quiral limitadas a pequena área em cada gap e mudam rapidamente. Em aplicações de aumento quiral, sinal CD sobre volume de sonda determinado pela integração do campo quiral local. Então necessário investigar quiralidade óptica média. Aqui, tomamos pequeno cilindro com raio 4, 6, 8, 10 nm, respectivamente, sob partícula com raio 20, 30, 40, 50 nm, e alturas apenas cortando filme e partículas. Volume de região diferente entre cilindro e cada partícula-filme é V. Raio escolhido quando campo elétrico decai para 1/e do máximo sob partículas. Fator de aumento de quiralidade óptica média obtido integrando C/|C_CP| na parte diferencial do cilindro com partícula e filme e tomando média de volume.

Espectros de aumento de quiralidade média em gaps F1, F2, F3, F4 plotados na Fig. 6c. Dos espectros, vê-se que mesmo havendo efeito de cancelamento para campo quiral oposto sob partículas, aumento de campo quiral médio ainda muito forte. Para F1, pico mais forte atinge 50 vezes. Aumento de campo quiral em filme metálico raramente reportado. Aumento de campo quiral médio em filme metálico em nosso trabalho mesma ordem que ref. 51. Em diferentes gaps, campo quiral sob excitação LCP e RCP pode ser totalmente oposto, como em gaps F1 e F3. Com estas propriedades, pode-se usar para sensoriamento de moléculas quirais. Por exemplo, quando duas moléculas quirais com quiralidade oposta localizadas sob gap F1, a L será excitada sob LCP a 590 nm e a R sob RCP a 635 nm. Se excitar apenas a 600 nm, luz LCP e RCP distinguirão totalmente moléculas L e R no gap F3.

Além do forte aumento de campo quiral próximo nos gaps entre partícula-filme, há também grandes respostas quirais nos gaps entre partículas (Fig. 5 e Arquivo Adicional 1: Figura S2 (a)–(c) exibem distribuições de aumento de campo quiral próximo nos picos ressonantes nos gaps P1, P2, P3). Para ver campos quirais entre partículas, espectros médios de aumento de quiralidade óptica também calculados pela Eq. (1) nas regiões de gap P1, P2, P3, como mostrado na Fig. 7. Volume na fórmula aqui obtido com método similar ao gap partícula-filme. Claramente observado que campos quirais em gaps P1, P2, P3 sempre negativos para LCP na ampla faixa de comprimento de onda; para luz RCP, quiralidade do campo é oposta nos gaps. Diferença significativa para duas luzes polarizadas circularmente importante para aplicação de aumento molecular quiral.

Comparação com Partículas Linearmente Arranjadas, Maior Raio de Círculo de Arranjo, e Diferente Número de Partículas

Efeito de focalização de energia de campo elétrico de sistema de cadeia de partículas linear em filme de ouro também estudado como comparação. Cadeia de partículas linear também consiste de quatro partículas de Ag com diferentes diâmetros, 20, 30, 40, 50 nm como mostrado na Fig. 8. Em contraste a estruturas quirais, cadeia de partículas linear tem resposta de reflexo mais forte (Fig. 8a), efeito de foco nos gaps entre partícula-filme mais pronunciado, e especialmente sistema linear sondado por luz polarizada linearmente (Fig. 8b). Na Fig. 9, espectros de aumento de quiralidade média nos gaps entre partícula-filme plotados. Curvas sólidas representam espectros de aumento de sistema cadeia de partícula linear-filme, e linhas sólidas azul e rosa correspondem a luz LCP e luz polarizada linearmente (LP), respectivamente. Linhas pontilhadas representam aumento de sistema cadeia de partícula quiral-filme como discutido acima, e linhas pontilhadas azul e vermelha correspondem a excitação LCP e RCP, respectivamente. Pode-se notar que há aumento de campo quiral mais forte em alguns gaps em alguns picos ressonantes, ex., em gap F1 aumento de campo quiral pode atingir valores de 48 perto do pico 640 nm. No entanto, comparado a estrutura quiral, claro que para luz polarizada circularmente a quiralidade óptica da estrutura linear é mais fraca em geral, e para luz polarizada linearmente a estrutura linear não exibe resposta CD, então mais vantajoso que estrutura quiral seja usada em sensor molecular quiral que estrutura linear.

Para investigar efeito de arranjo da quiralidade desta estrutura em quiralidade óptica, mudamos raio de círculo arranjado (R) no plano x-y (como mostrado por círculo pontilhado azul na Fig. 1b) e simulamos propriedades ópticas do sistema cadeia de NP quiral-filme com diferentes R. Dos espectros de absorção e CD, vemos que picos ressonantes quase iguais com aumento de R (Arquivo Adicional 1: Figura S3); mas CD torna-se mais fraco quando R aumenta. Porque quiralidade da estrutura torna-se menor (simetria torna-se maior) com R aumentando, respostas quirais para LCP e RCP não são mais tão sensíveis. Enquanto isso, aumento de quiralidade média entre NPs-filme mostra tendência de diminuição também (Arquivo Adicional 1: Figura S4). No entanto, R tem menos influência no aumento de quiralidade média entre partículas (Arquivo Adicional 1: Figura S5).

Além disso, relação de aumento quiral e número de partículas também investigada (Arquivo Adicional 1: Figura S6). Muito similar com sistema acima discutido com quatro partículas (rotulado como 50-40-30-20), removemos partícula de 20 nm para fazer cadeia quiral com três partículas (rotulado como 50-40-30). Espectros CD dos dois sistemas obviamente diferentes. Há três picos de resposta CD no sistema 50-40-30. Com redução de número de partículas, aumento de quiralidade média no gap F2 mais afetado que em gaps F3 e F4. No entanto, aumento de quiralidade média entre partículas tem pequena mudança.

Resultados apresentados acima de alguma forma dão maneira de aumentar sinais de atividade óptica de molécula quiral além de aumento direto por dímero. No entanto, fabricar tal sistema é um pouco complicado. Uma maneira grosseira de fazer tal sistema pode ser gotear diretamente gota de sol de partículas com diferentes tamanhos em substrato de filme Au. Como há muitas partículas, não muito difícil encontrar tal forma curva com diferentes tamanhos. Mas se alguém quiser mais controlado e delicado, síntese química é maneira possível. Nanopartícula não perfeitamente redonda por causa da estrutura cristalina. Pode-se primeiro colocar partículas com tamanho uniforme em solução de molécula funcional (como DNA com grupo funcional especial), na qual moléculas químicas só adsorverão em faceta específica. Realizar passos similares em partículas com diferentes tamanhos. Misturar partículas juntas e elas formarão cadeia. Então, gotear solução em substrato e tensão do solvente curvará a cadeia. Outra maneira possível pode ser método de puxar com substrato de fendas curvas, auto-montagem magnética de partículas com partículas de núcleo magnético, efeitos capilares, ou força óptica.

Conclusões

Em conclusão, demonstramos efeito de focalização de energia eletromagnética e aumento de campo quiral próximo da cadeia quiral consistida de quatro nanopartículas de diferentes diâmetros em filme de ouro. Quando cadeia quiral excitada por luz LCP e RCP, diferença óbvia de gaps de aumento de campo elétrico observada em pico ressonante. Análise de hibridização recupera mecanismo. Esta diferença em aumento de campo elétrico resulta em forte aumento de campo quiral próximo perto do gap entre partículas e entre partícula-filme, que induz forte resposta quiral e fornece perspectiva para aplicações de aumento de campo quiral próximo em detecção de molécula quiral.

Abreviações

CD

Dicromatismo circular

FEM

Método de elementos finitos

LCP

Luz polarizada circularmente à esquerda

LH

Esquerda

LP

Polarizado linearmente

LSPR

Ressonância de plasmon de superfície localizada

NPs

Nanopartículas

RCP

Luz polarizada circularmente à direita

SERS

Espectroscopia Raman aprimorada por superfície