Monolaag hexagonaal boornitride kan de plasmonische versterkingslimiet verlengen

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yang Liangbao van Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences ontdekte dat hexagonaal boornitride (h-BN) elektronentunneling effectief kan blokkeren en de ultieme plasmonische versterkingslimieten in een enkele atoomlaag kan verlengen , wat diepgaande inzichten biedt in kwantummechanische effecten in plasmonische systemen en potentiële nieuwe toepassingen mogelijk maakt op basis van kwantumplasmonica. De resultaten zijn gepubliceerd in Nano-brieven.

Het team heeft jarenlang gewerkt aan de ontwikkeling van oppervlakte-verbeterde Raman-spectroscopie (SERS) detectiemethoden en ontdekte dat de intensiteitsverdeling in het nabije veld op nanometerschaal ongelijk is. Om meer elektromagnetische verbetering te bereiken, gebruikten ze aangrenzende metalen nano-openingen, maar merkten op dat het verkleinen van hun grootte leidt tot het ontstaan ​​van een kwantumtunneleffect, waardoor het nadelig wordt voor SERS-detectie.

Om dit te ondervangen, introduceerde het team een ​​hoge tunnelbarrière gevormd door monolaag h-BN, die actief het elektronentunneleffect blokkeerde. Ze detecteerden kwantitatief de uiteindelijke near-field-verbeteringslimiet in het klassieke raamwerk door de intrinsieke SERS-intensiteit van h-BN in een enkele deeltjesholte te detecteren.

De studie bewees dat monolaag h-BN de elektronentunneling blokkeert met behulp van kwantumberekeningen met hete elektronentunneling en laagafhankelijke verstrooiingsspectrumexperimenten. Door de experimentele resultaten te vergelijken met de berekende resultaten van het klassieke elektromagnetische model en het kwantumcorrectiemodel, realiseerde het team de uiteindelijke detectie van de nabije-veldverbeteringslimiet binnen het klassieke kader.

Dit werk biedt belangrijke richtlijnen voor kwantumplasmologie en nano-gap fotodynamica, en helpt bij het verder analyseren van kwantummechanische effecten bij plasmaverbetering.