垂直纳米天线阵列中表面增强红外吸收的热等离激元效应

利用光热膨胀纳米镜直接测量了嵌入聚合物层中的垂直金纳米天线阵列在中红外激光照射下引起的温升与温度梯度。获得了纳米尺度热斑图像与局域温升光谱，后者通过宽调谐量子级联激光的发射波长得到。光谱分析表明，位于天线热斑中的分子的等离激元增强中红外振动是部分热等离激元共振的成因，而金中的焦耳热则导致其余共振。特别地，具有低散射截面的等离激元暗模主要产生表面增强红外吸收（SEIRA），而具有强辐射耦合的亮模产生焦耳热。暗模不改变分子吸收线形，其相关温升由具有与等离激元暗模共振的振动指纹的分子化学触发。相反，亮模易于发生Fano干涉，呈现非对称分子吸收线形，并在远离分子振动的频率处也产生热，从而缺乏化学特异性。对于50 mW的聚焦中红外激光功率，在暗模与强红外振动（如聚甲基丙烯酸甲酯在1730 cm$^{-1}$处的C=O键）共振的情况下，测得的纳米尺度温升约为10 K，温度梯度达5 K/$\mu$m。