美国能源部（DOE）阿贡国家实验室与西北大学研究人员近日合作，聚焦光与金属纳米框架的相互作用，借助阿贡纳米尺度材料中心（CNM）的超快电子显微技术，对金和铂等材料制成、不同形状的纳米框架内部电子振荡进行观测与分析。

研究团队指出，在纳米尺度上，超短光脉冲可激发纳米结构局部区域的电子振荡，即局域表面等离激元共振。对这些振荡在空间位置、强度、方向及其随时间演变的精确刻画，被认为是进一步实现“以光调控”金属纳米框架、并推动相关应用的重要基础。

在实验方面，西北大学团队合成了包括三角形、六边形在内的多种纳米框架，并将样品带至CNM进行测试。研究人员采用光子诱导近场电子显微镜（PINEM）这一超快电子显微技术变体，对纳米结构中的光—物质相互作用进行探测。团队表示，PINEM可在纳米级空间分辨率与飞秒级时间精度下，捕捉等离激元场的时空动态。

研究结果显示，当纳米框架受到超短光脉冲激发时，局域表面等离激元共振的时空分布会随纳米框架的形状与尺寸而变化。团队同时观察到，多个纳米框架之间的耦合会改变振荡行为，为能量传递与场增强提供新的实现路径。

西北大学电气与计算机工程副教授、共同资深作者Koray Aydin表示，通过在空间与时间维度捕捉光与纳米结构的相互作用，研究为观察纳米尺度过程提供了新的手段；相关发现也揭示了如何利用纳米框架的形状与排列来调控能量流动。

除实验观测外，研究还结合计算模拟，对纳米框架的电场分布及其他光学特性进行建模。研究团队称，模拟结果与实验相互补充，有助于进一步理解纳米框架结构与功能之间的关系。

阿贡电子显微学科学家、共同资深作者Haihua Liu表示，该研究展示了超快电子显微镜在揭示等离激元纳米结构复杂动态方面的能力；通过结合实验与计算方法，团队得以更全面地理解纳米框架与光的相互作用，这对设计下一代生物传感与能源相关技术具有意义。

研究人员提到，金属纳米框架在生物传感领域已被用于探索应用潜力，其局域电场增强能力可能支持更高灵敏度的诊断工具。在催化方向，纳米结构可在特定位置集中能量，从而提升化学反应效率。团队同时指出，这类结构的光学特性也使其在部分癌症治疗与量子信息处理等应用中受到关注。

研究还强调了一种特殊的纳米框架耦合形式——等离激元耦合。研究人员表示，纳米框架之间的耦合可形成电场“热点”，为构建更复杂的能量收集与纳米光子器件系统提供可能，并有助于提升光驱动过程的效率。Liu称，该研究涉及多个潜在应用方向，后续仍有进一步拓展空间。