AFM | 双螺旋等离子体天线，光操控新利器

解决的问题：如何设计并制备能在纳米尺度高效操控圆偏振光、增强光与物质相互作用且具备多种功能的光学器件，以满足光子和量子光子技术发展需求。

提出的方法：将单螺旋设计工具扩展应用于双螺旋，通过理论模型和全场数值模拟设计双螺旋等离子体天线，并利用聚焦电子束直写技术结合臭氧等离子体处理进行制备。

实现的效果：制备出的双螺旋天线在可见到电信波段工作，具有较大的光学不对称因子，能高效激发具有反对称表面电荷分布的模式，且在远场呈现高定向辐射特性。

创新点：将单螺旋设计工具拓展到双螺旋，实现双螺旋等离子体天线的设计与制备，相比单螺旋，其光学横截面翻倍，且具有独特的模式调控和多应用潜力。

研究成果以题为 “Double Helical Plasmonic Antennas” 发表于《Advanced Functional Materials》上。德国费迪南德-布劳恩研究所（Ferdinand-Braun-Institut）Aleksei Tsarapkin为论文第一作者，Katja Höflich为论文通讯作者。

摘要：等离子体双螺旋天线是一种将圆偏振光聚焦到纳米尺度的手段。本文将现有的单螺旋设计工具扩展到双螺旋的情况，并用于设计结合了强手性光学相互作用和高定向发光的天线。全场数值模拟为设计提供了支撑，并对手性表面电荷分布和共振宽度提供了额外的见解。螺旋天线通过聚焦电子束直写技术制备，该技术在空间分辨率和三维形状保真度方面无与伦比。打印过程之后，在室温下使用臭氧等离子体对结构进行纯化，从而得到了有史以来最小的连续金双螺旋天线。对制备的天线的偏振相关传输行为进行了研究，结果显示在可见光范围内具有较大的宽带不对称因子。由于光的偏振是在光子和量子光子器件中实现逻辑功能的重要工具，这些双螺旋天线不仅是未来纳米光子电路的潜在构建模块，也可用于手性超材料或相位板。

结论：本文设计并实验展示了作为圆偏振光敏感天线的等离子体双螺旋结构。当与左旋和右旋圆偏振光相互作用时，沿着耦合导线具有反对称表面电荷分布的模式被有效激发。先前开发的单螺旋分析工具通过引入模式耦合扩展到双螺旋情况。与单螺旋相比，双螺旋的光学横截面翻倍。通过调整天线几何形状可以有效调节模式。导线间距是一个额外的设计参数，可用于通过两个导线模式之间的杂交程度来调整共振。

图1：螺旋等离子体天线的几何结构。

图2：双螺旋与单螺旋的对比及远场辐射特性。

图3：双螺旋天线的制备与表征。

图4：双螺旋天线的光学传输表征。

文章信息：

A. Tsarapkin, L. Zurak, K. Maćkosz, L. Löffler, V. Deinhart, I. Utke, T. Feichtner, K. Höflich, Double Helical Plasmonic Antennas. Adv. Funct. Mater. 2025, 2507471.

https://doi.org/10.1002/adfm.202507471