【纳米】“磁性等离激元”助力偏振视觉- 大数跨境

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2024-11-07

导读：美国加州大学河滨分校Yadong Yin教授与苏州大学陈金星教授成功设计出一种全新“磁性等离激元”三段式纳米棒，在偏振光检测领域展示出优异性能。

金和磁性氧化铁的结合能碰撞出怎样的火花？近日，美国加州大学河滨分校Yadong Yin教授与苏州大学陈金星教授成功设计出一种全新“磁性等离激元”三段式纳米棒，在偏振光检测领域展示出优异性能。这种金-铁氧化物-金（Au-Fe₃O₄-Au）三嵌段纳米棒通过独特的结构设计和磁场调控，实现了高效的集体线性二向色性，为先进光学成像、定位及生物成像等应用带来了新突破。

近年来，偏振光检测作为光学成像、遥感和生物成像等技术的重要组成部分，受到科研人员的广泛关注。然而，当前的偏振光敏感纳米材料在设备级应用中面临排列难度大、信号不稳定等问题，限制了其灵敏度和检测精度。为解决这些瓶颈，该团队开发了Au-Fe₃O₄-Au三嵌段纳米棒，通过磁性中心铁氧化物（Fe₃O₄）的调控能力，实现纳米棒在外加磁场下的快速定向排列，成功实现集体线性二向色性，有效提升了偏振光检测精度和灵敏度。

图1. 限域空间晶种生长法制备Au-Fe₃O₄-Au三嵌段纳米棒

该团队采用了一种创新的空间受限种子生长法（图1），精准控制纳米棒的各个组成部分，使得这一复合材料在光学特性、形态结构等方面均实现了最优设计。这种材料的独特结构使得在检测偏振光时表现出高达约14的偏振比。实验表明，该材料可以在可见光至近红外光谱范围内表现出优异的偏振光灵敏度（图2），尤其在高分辨率成像和生物检测中潜力巨大。研究团队还进一步展示了该材料在简易透明基质中的实际应用效果（图3），通过将纳米棒嵌入透明薄膜并在磁场中进行方向控制，制成的薄膜表现出极佳的集体线性二向色性，使得偏振光检测设备在角度依赖性消光方面具有显著优势。此外，与传统偏振探测器相比，该纳米棒薄膜不仅能够承受更高的激光功率，还展示了更高的灵敏度和重复性，未来可用于脉搏检测、微表情识别等需要高精度监测的场景。

图2. Au-Fe₃O₄-Au三嵌段纳米棒偏振光学性能。

图3. Au-Fe₃O₄-Au三嵌段纳米棒器件偏振光学性能。

该材料的应用不仅限于生物检测，还可用于偏振光通信、遥感设备和激光探测。其高稳定性和灵敏度使其能够快速响应偏振状态变化，确保信号传输精确可靠。此外，这一三段式纳米棒材料的合成工艺简便且成本低廉，能够满足大规模制备需求，为未来偏振光检测设备的普及提供了可能性。总体而言，Au-Fe₃O₄-Au三段式纳米棒作为一种具有突破性的“磁性等离激元”复合材料，不仅在偏振光检测中表现优异，还拓宽了其在生物成像、虚拟现实、人机交互等领域的应用前景。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上。

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