等离激元纳米间隙中的光学整流与场增强

金属纳米结构可作为强大的光学天线[1,2]，因为当光照射纳米结构表面时，金属中电子流体的集体模式会被激发。这些激发称为等离激元，其倏逝电磁场可以比入射电磁场大数个数量级。最大的场增强通常发生在等离激元活性纳米结构之间的纳米间隙中[3,4]，但直接测量此类间隙中的场极具挑战性。这些增强场在表面增强光谱学[5-7]、非线性光学[1,8-10]和纳米光子学[11-15]中有应用。这里我们展示，亚纳米间隙中金电极之间的非线性隧穿电导导致光学整流，在间隙被照射时产生直流光电流。通过将此光电流与低频电导测量进行比较，我们确定了纳米间隙隧穿区域上的光频电压，以及隧穿区域中电场增强随间隙尺寸的变化。测得的场增强超过1000，与表面增强拉曼测量的估计值一致[16-18]。我们的结果突显了需要更现实的理论方法，能够模拟从自由空间波长λ到约λ/1000尺度范围内金属纳米结构的电磁响应，以及需要开展使用新材料、不同波长和不同入射偏振的实验。