Plasmonic nanostructures have high technological importance due to its numerical applications in spectroscopic sensing and nanofocusing. These various applications stem from its abilities to localize the electromagnetic field into nanoscale hot spots that exceeds the diffraction limit. Therefore, there have been a lot of attempts to fabricate plasmonic nanostructures which are comprised of both sharp tips and small gaps, as they provide much higher electromagnetic field enhancement. However, no existing nanostructures satisfy stringent requirements for the efficient electromagnetic field enhancement including vertically oriented sharp tips, uniformity over a large area, and optical tunability, which are essential for efficient plasmonic light enhancement and practical applications. Herein, we fabricated plasmonic nanopot arrays, which satisfy all the stringent requirements, by directional photofluidization lithography. Vertically aligned tips within plasmonic nanopot structures, which expanded to circular ring, enable effective light coupling and hence to high local field enhancement. Furthermore, regularly patterned large area tips of nanopot array result in uniform optical signal. Finally, the structural features of nanogaps could be precisely con-trolled in a scalable and deterministic manner, so that we can control the resonance frequency over visible range. The suggested nanopot arrays can effectively localize the electromagnetic field; therefore this structure will be of practical importance in spectroscopic and sensing application.
플라즈모닉 나노구조체는 분광학적 측정, 나노포커싱 등 다양한 분야에 활용될 수 있기 때문에, 기술적으로 매우 큰 중요성을 가진다. 이러한 다양한 활용이 가능한 이유는 플라즈모닉 나노구조체가 빛의 회절 한계를 극복하고 나노 스케일의 핫 스팟으로 전자기장을 모으고, 증폭시킬 수 있기 때문이다. 특히, 뾰족한 팁 혹은 작은 갭을 가지는 나노구조체가 빛을 훨씬 더 크고 효과적으로 증폭시킬 수 있다. 이에 따라, 최근 뾰족한 팁과 작은 갭을 동시에 가지는 나노구조체에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 빛을 효율적으로 증폭시킬 뿐만 아니라 실질적인 적용을 하기 위해 플라즈모닉 나노구조체는 수직방향으로 배열된 뾰족한 팁을 가져야 하고, 대면적에 균일한 패턴을 가져야 하며 광학적인 조절이 가능해야 한다. 그러나, 이제까지 연구되어왔던 나노구조체들 가운데 위의 세 가지 조건을 모두 만족시키는 구조는 아직까지 없는 실정이다.
따라서 본 논문에서는, 방향성 광유체화 리소그래피 방법을 이용하여 위의 세 가지 조건을 모두 만족하는 플라즈모닉 나노항아리 구조를 제작하였다. 나노 항아리 구조의 목 부분에 있는 수직 배향되어있는 팁은 효율적인 light coupling이 가능하게 하며, 그에 따라 큰 전자기장 증폭이 가능하다. 또한, 대면적에 균일하게 패턴화되어있는 나노항아리 구조는 균일한 광학적 신호를 내보내어, 실제 측정에 활용될 수 있다. 마지막으로, 나노항아리 구조의 구조적 특징에 따라 플라즈몬 공명 진동수를 조절하고, 그에 따라 광학적 특성을 조절할 수 있다. 이는, 방향성 광유체화 리소그래피에서 빛의 조사 시간에 따라 나노항아리 구조 내부의 나노갭 크기를 정확하기 조절할 수 있기 때문이다.
정리하자면, 본 논문에서 제시한 나노항아리 구조는 전자기장을 효율적으로 증폭시킬 수 있으며, SERS, LSPR 센서 등 다양한 분광학적 측정에 적용할 수 있다.
