单晶钯纳米线用于表面等离子体基元传感器
表面等离子体激元( Surface Plasmon Polaritons, SPPs) 是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式, 或者说是在局域金属表面的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。在这种相互作用中, 自由电子在与其共振频率相同的光波照射下发生集体振荡。它局限于金属与介质界面附近, 沿表面传播, 并能在特定纳米结构条件下形成光场增强, 这种表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用就构成了具有独特性质的SPPs。
表面等离激元独特的性质在集成光子学、生物传感、精密测量等领域有广泛的应用前景，并随着微纳加工技术的进步成为了非常有生命力的研究领域。
由于金属钯对氢气溶解有着较高的选择性及可逆性，钯及其合金常被用于氢气传感领域。表面等离激元可在纳米尺度上实现光与物质相互作用，目前钯纳米结构的表面等离激元研究主要集中在局域表面等离子体共振型传感器。即通过自由空间激光照射纳米颗粒激发出表面等离体激元。由于光斑和纳米颗粒尺寸相差太大，只有少量光与纳米颗粒作用，导致其激发效率低下，背景噪声大。而利于光学纳米线为波导研究光与物质的相互作用则可以带来特殊的优势：金属波导中激发的表面等离体激元的能量场强分布高度局域在几十纳米范围的空间内。这为我们研究钯-氢相互作用提供了高灵敏和快响应的新途径。
针对这一问题，上海理工大学曾和平教授和谷付星博士研究团队提出单晶钯纳米线波导用于发展高灵敏的表面等离子体激元型的氢气传感器。所用的单晶钯纳米线采用气相-液相-固相生长法制得备。采用倏逝波耦合的方法激发钯纳米线中的表面等离子体激元。对于放置在衬底MgF2上的钯纳米线在波长635 nm损耗约为2dB/µm。而在悬空条件下，由于高阶模效应钯纳米线的损耗约为0.6 dB/µm。该团队还通过合金技术制得单晶钯银纳米线，并证明其损耗降低并可通过成分比例来调节。最后利用单晶钯纳米线用于氢气传感试验。发现随着氢气浓度从0增大到6%，980nm光透过率最大变化值在3.6%的度时达到11dB（92%）左右。而普通的光学传感器的光透过率最大变化值一般在3dB（50% ）以下。最低检测浓度为0.2%，这比大多数光学和表面等离激元传感器都要低。
该工作提出的基于单晶钯纳米线的表面等离子体氢气传感器适合于标准光纤通信系统及微流控芯片技术集成，对于发展基于金属纳米线的表面等离子体传感器具有重要的意义。