物质学院冯继成课题组3D打印纳米"光天线"，实现"定制化"捕捉可见光

日常生活中，天线帮助人们接收无线电波，实现电视信号传输、手机通讯等功能。当科学家将天线的概念缩小到纳米尺度（约为头发丝直径的千分之一），就能制造出能捕捉可见光的纳米光天线。近日，上海科技大学物质科学与技术学院冯继成课题组利用自主研发的3D纳米打印技术，成功制造出能精准调控可见光响应性的新型纳米天线。相关成果以题为“Vertically-Aligned Hybrid Plasmonic Nanoantennas with Tailored Visible-Light Responses”发表于国际学术期刊Nano Letters。

图1：Au、Ag及其叠层纳米天线阵列。第一行和第二行SEM的Scale bar分别为1000和200 nm）

传统纳米天线大多为平面结构，就像平铺在基板上的图案，限制了其对光场的调控能力。冯继成团队开发的法拉第3D打印技术，犹如一支看不见的电场画笔，能够将金、银等金属纳米粒子绘制成立体结构。这些纳米天线直径仅约40纳米，高度却能达到直径的15倍以上，像一片密集的纳米森林（图1）。

图2：材料与尺寸调控

研究团队通过精确控制纳米天线的身高参数和材料组合（纯金、纯银或金-银叠层，图2–图4），实现了对特定颜色光波的精准响应。就像收音机通过调节频率来接收不同电台一样，这些纳米天线可以通过结构和材料的调整来捕捉可见光。实验显示，金-银叠层结构的天线更能同时发挥两种材料的优势，实现对更宽波段范围的响应。

图3：Au和Ag纳米天线对可见光的调控

图4：Au–Ag叠层纳米天线对可见光的调控

除了上述优点，这种立体的纳米天线还能有效减少能量损耗，并对光的入射角度和偏振方向表现出高度敏感性。该技术有望应用于高灵敏度传感器、新型显示技术和高效太阳能电池等领域。这项研究不仅展示了法拉第3D打印技术的精确制造能力，也为开发更高效的光电子学器件提供了新思路。

链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02951