近期，物理科学与技术学院王取泉、周利课题组在实验上通过表面电子注入和抽取将Au纳米颗粒等离激元波长随尺寸减小的非单调蓝移现象分别调控为单调蓝移和单调红移，并在理论上提出了包含本征量子化电子跃迁和表面电荷密度效应的修正半经典模型，揭示表面电荷转移对量子等离激元尺寸依赖关系的调控作用。该工作以“Tunable Size Dependence of Quantum Plasmon of Charged Gold Nanoparticles”为题发表在《物理评论快报》上 [Phys. Rev. Lett. 126, 173902 (2021)]。

目前，量子尺寸金属纳米颗粒局域等离激元共振的尺寸依赖关系存在着多种不同的实验观测现象和理论模型解释。当纳米颗粒尺寸减小并进入量子尺寸范围时，已经报道的实验现象和理论模型包括：考虑量子跃迁修正的蓝移现象、考虑表面分子钝化作用的红移现象、以及考虑低折射率空气壳层的不移现象。在这些研究中，金属纳米颗粒表面电荷密度的变化没有被考虑，特别是对于电子束激发的等离激元共振。

本工作通过增加还原溶液中的电子供体浓度可以将Au纳米颗粒的等离激元波长随尺寸减小的非单调蓝移现象调控为单调蓝移，并且通过表面钝化过程将其调控为单调红移，而在适量电荷转移的情况下维持小幅振荡（变化很小）。此外，还通过注入电子展示了Au@Cu_2-xS核壳纳米粒子中电子和空穴等离激元的受控蓝移和红移。在理论上，提出了包含本征量子化电子跃迁和表面电荷密度效应的修正半经典模型，揭示表面电子注入或提取对量子等离激元尺寸依赖关系的调控作用，可以解释观测到的实验结果以及文献报道的各种等离激元尺寸依赖关系（蓝移、红移和不移），该模型对于光学激发或电子束激发的胶体溶液分散体系和纳米颗粒薄膜等固相体系都能适用，对于理解量子等离子激元的性质具有重要意义。

以上研究得到了科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

图1 表面电子注入和抽取调控Au纳米颗粒量子等离激元的尺寸依赖关系。

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https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.173902