Meting van Verstrooiing lineariteiten van een Single Plasmonische Nanodeeltje

De studie van plasmonics trok veel belangstelling vanwege de toepassingen in vele verschillende gebieden ^1-4. Een van de meest onderzochte velden plasmonics een oppervlaktebehandeling plasmonics, waarbij de collectieve oscillatie van geleidingselektronen paren met een externe electromagnetische golf bij een grensvlak tussen een metaal en diëlektricum. Oppervlak Plasmonics is onderzocht voor zijn potentiële toepassingen in subwavelength optica, biofotonica en microscopie ^5,6. De sterke veldversterking in de ultra-kleine hoeveelheid metallische nanodeeltjes als gevolg van lokale surface plasmon resonance (LSPR) trok veel aandacht, niet alleen vanwege de uitzonderlijke gevoeligheid voor deeltjesgrootten, deeltjesvormen en de diëlektrische eigenschappen van het omringende medium ^{7 -10,} maar ook vanwege zijn vermogen om inherent zwak niet-lineaire optische effecten ¹¹ te verhogen. De uitzonderlijke gevoeligheid van LSPR is waardevol voor bio-sensing en bijna-field beeldvormende technieken ^12,13. Aan de andere kant kan de verbeterde lineariteit van plasmon structuren worden gebruikt in fotonische geïntegreerde schakelingen in toepassingen zoals optische switching en volledig optische signaalverwerking ^14,15. Het is bekend dat de plasmon absorptie lineair evenredig aan de excitatie-intensiteit bij lage intensiteit. Wanneer de excitatie sterk genoeg is, de absorptie bereikt verzadiging. Intrigerend, bij hogere intensiteit, de absorptie verhoogt opnieuw. Deze niet-lineaire effecten zijn verzadigbaar absorptie (SA) ^15-17 genoemd en achteruit verzadigbaar absorptie (RSA) ^18, respectievelijk.

Het is bekend dat als gevolg van de LSPR, verstrooiing is bijzonder sterk in plasmonische structuren. Op basis van fundamentele elektromagnetisme, moet de respons van verstrooiing versus incident intensiteit lineair zijn. Echter, in nanodeeltjes, verstrooiing en absorptie zijn nauw met elkaar verbonden via de Mie theorie, en beide kunnen worden expressed in termen van reële en imaginaire delen van de diëlektrische constante. In de veronderstelling dat een enkele GNS zich gedraagt ​​als een dipool onder licht verlichting, kan de verstrooiing coëfficiënt (Q _SCA) en absorptie coëfficiënt (Q _abs) uit één plasmonische nanodeeltje volgens de Mie theorie worden uitgedrukt als ¹⁹

waarin x 2 πa / λ, a de straal van de bol en m ² is ε _m / ε _d. Hier, ε _m pt ε _d overeen met de diëlektrische constanten van het metaal en de omringende diëlektrische resp. Aangezien de vorm van de verstrooiingscoëfficiënt is vergelijkbaar met die van the absorptiecoëfficiënt, wordt daarom verwacht dat verzadigbaar verstrooiing observeren in één plasmonische nanodeeltje ^20.

Onlangs lineaire verzadigbare verstrooiing in een geïsoleerde plasmonische deeltjes werd aangetoond voor het eerst ^21. Het is opmerkelijk dat in diepe verzadiging, de verstrooiingsintensiteit in feite daalde licht wanneer de excitatie-intensiteit verhoogd. Nog meer opvallend wanneer de excitatie-intensiteit een intensievere na verstrooiing verzadigd raakte, de verstrooiingsintensiteit opgestaan, die het effect van omgekeerde verzadigbaar ²⁰ verstrooiing. Wavelength- en grootte-afhankelijke studies hebben aangetoond een sterke relatie tussen LSPR en niet-lineaire verstrooiing ^21. De intensiteit en de golflengte afhankelijkheid van plasmon verstrooiing is vergelijkbaar met de absorptie, suggereert een gemeenschappelijk mechanisme achter deze niet-lineair gedrag.

In termen van toepassingen, is het goed known lineariteit die helpt optische microscopie resolutie te verbeteren. In 2007, verzadigd excitatie (SAX) microscopie werd voorgesteld, die resolutie kan verbeteren door het extraheren van de verzadigde signaal via een tijdelijke sinusvormige modulatie van de excitatiebundel ^22. SAX microscopie is gebaseerd op het concept dat een laser brandpunt, de intensiteit sterker in het midden dan aan de rand. Als het signaal (ofwel fluorescentie of verstrooiing) vertoont saturatiegedrag, moet de verzadiging starten van het centrum, terwijl de lineaire respons blijft aan de periferie. Daarom, als er een methode om alleen het gedeelte verzadigde extract, het zal alleen laat het middengedeelte en de verwerping het randdeel, dus effectief verbeteren van de ruimtelijke resolutie. In principe is er geen lagere resolutie limiet in SAX microscopie, mits diepe verzadiging bereikt is en er geen monster schade als gevolg van de intense verlichting.

Aangetoond is dat de resolution fluorescentiebeeldvorming kan aanzienlijk worden verbeterd door gebruikmaking van de SAX techniek. Echter, lijdt de fluorescentie fotobleken effect. Het combineren van de ontdekking van verstrooiing lineariteit en het concept van SAX, kan superresolutietechnieken basis van verstrooiing worden gerealiseerd ^21. Vergeleken met conventionele superresolutie microscopie, de verstrooiing gebaseerde techniek verschaft een nieuwe niet-blekende contrast methode. In dit artikel wordt een stap-voor-stap beschrijving gegeven om de vereiste te verkrijgen en halen de niet-lineariteit van plasmonische verstrooiing procedures te schetsen. Werkwijzen voor het identificeren verstrooiing lineariteiten geïntroduceerd door het veranderen van de invallende intensiteit beschreven. Meer informatie zal worden verstrekt om te ontrafelen hoe deze lineariteiten invloed beelden van enkele nanodeeltjes en hoe ruimtelijke resolutie kan dienovereenkomstig door de SAX techniek worden verbeterd.