核壳结构中手性分子诱导的等离激元光学活性

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.004

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 20-28.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.004

核壳结构中手性分子诱导的等离激元光学活性

闫荣(), 孙智广, 高楠, 朱国栋, 方蔚瑞()

大连理工大学物理学院，辽宁大连 116024

收稿日期:2023-04-25 修回日期:2023-05-14 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 方蔚瑞
作者简介:闫荣（1998⁃），女，硕士研究生，从事等离激元方面的研究；E⁃mail：18234745813@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(12074054)

Plasmon Optical Activity Induced by Chiral Molecules in Core⁃Shell Structures

Rong YAN(), Zhiguang SUN, Nan GAO, Guodong ZHU, Yurui FANG()

School of Physics，Dalian University of Technology，Dalian Liaoning 116024，China

Received:2023-04-25 Revised:2023-05-14 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Yurui FANG

摘要/Abstract

摘要：

手性分子与等离激元的相互作用对调控手性修饰纳米结构的圆二色性（CD）起着至关重要的作用。然而，手性分子与金属直接发生相互作用时容易引发团聚，从而影响其光学特性。利用溶胶凝胶法在实验上合成了一种带有手性分子的核壳结构（Au@molecule@SiO₂），该结构由于SiO₂壳层的存在使颗粒在保留分子及金属特性的同时又具有很好的稳定性。通过测量具有对映手性分子的结构（Au@molecule@SiO₂）的紫外?可见吸收（UV）光谱和CD光谱，发现Au纳米颗粒（Au NPs）的等离激元共振位置（530 nm）具有手性分子诱导的CD信号。为了探究其内在物理机制，利用Mie理论进一步解释了530 nm处诱导的CD信号的来源，其主要来自手性核壳结构中电偶极子和磁偶极子的相互作用。该研究可为手性核壳结构的研究提供实验参考和有效的理论框架。

关键词: 等离激元手性, 核壳结构, Mie理论, 偶极相互作用, 电偶磁偶混合极化率

Abstract:

The interaction between chiral molecules and plasmons plays a crucial role in regulating the circular dichroism (CD) of chiral modified nanostructures. The direct interaction between chiral molecules and metals can trigger aggregation, thereby affecting their optical properties. In this study, we experimentally synthesized a chiral Core Shell Structure (Au@molecule@SiO₂）. Due to the presence of a SiO₂ shell layer, the particles retain molecular and metal properties while maintaining good stability. Here the UV?Vis absorption spectra and CD spectra of the chiral?modified structure (Au@molecule@SiO₂) were measured, and the CD signal induced by the chiral molecules was found at the plasmon resonance position of Au Nanoparticles (Au NPs) (530 nm). To explore the underlying physical mechanism, Mie theory was used to further reveal that the induced CD signal at 530 nm mainly comes from the interaction between electric and magnetic dipoles in the chiral core?shell structure. This work provides experimental references and an effective theoretical framework for the study of chiral core?shell structures.

Key words: Plasmon chirality, Core shell structure, Mie theory, Dipole interaction, Mixed polarization of electric and magnetic couples

中图分类号:

O437

闫荣, 孙智广, 高楠, 朱国栋, 方蔚瑞. 核壳结构中手性分子诱导的等离激元光学活性[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 20-28.

Rong YAN, Zhiguang SUN, Nan GAO, Guodong ZHU, Yurui FANG. Plasmon Optical Activity Induced by Chiral Molecules in Core⁃Shell Structures[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(5): 20-28.

图/表 6

图1 Au NPs、Au@SiO2的SEM和UV光谱

图2 纯手性分子溶液、手性分子修饰的Au NPs溶液、Au@molecule@SiO2的UV光谱和CD光谱

图3 手性分子修饰Au NPs溶液和Au@molecule@SiO2的吸光度随时间的变化曲线（a）手性分子修饰的Au NPs溶液（b） Au@molecule@SiO2

图4 手性分子修饰Au NPs溶液和Au@molecule@SiO2的Mie理论计算结果

图5 Au@molecule@SiO2结构中各个部分和整体结构的吸收CD光谱及混合极化率（a） Au核吸收CD光谱（b）壳层的吸收CD光谱（c）核壳结构CD光谱及混合极化率

图6 Au@molecule@SiO2结构中各部分电偶极子和磁偶极子的散射CD谱

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