强度是纳米发光材料的一个重要指标，提高其发射强度可以提高检测灵敏度，成像分辨率，显示质量等，而它的偏振特性则扩展了一种除强度和波长之外的传输方式以及区分光信息的方法。在之前的报道中，金属等离激元纳米天线在实现纳米发光材料如稀土掺杂上转换纳米晶（NC）、量子点的发光增强与偏振调控方面展现出优异能力而备受关注。然而，在单颗粒尺度上实现纳米天线等离激元“热点”与纳米发光颗粒的精确耦合并对其发光强度与偏振态进行激活调制仍具有挑战性。

针对这一挑战，武愕教授和吴伯涛副研究员团队利用探针纳米操控技术基于1到3个金纳米棒构建了不同构型的金纳米棒天线，并将同一个稀土掺杂上转换纳米颗粒依次与金纳米棒天线的“热点”精确耦合，研究了纳米天线各项异性等离激元增强电磁场对纳米颗粒上转换发光强度和偏振态的调制，并通过理论模拟探讨了几种构型金纳米棒天线对上转换发光强度和偏振态调控的机制。构筑了四种金纳米棒天线与上转换纳米颗粒的耦合结构（如图1示意图），分别是单个金纳米棒（SNC）、两个金纳米棒共线型（CNC）、两个金纳米棒正交型（ONC）和三个金纳米棒三角型（TNC）。研究发现这四种构型金纳米棒天线对纳米颗粒的上转换发光强度的调制具有明显的偏振特性。沿天线结构水平方向激发时由于其等离激元共振峰与上转换纳米颗粒660 nm发射带匹配，可以显著地增强上转换发光强度（图1a）；垂直方向激发时，由于金纳米棒之间的耦合相比于水平方向激发时要弱，相应地产生的局域增强电场比水平方向激发时要低，因此增强效果也会更弱（图1b）。最终，CNC构型纳金纳米棒天线在水平方向激发时实现了最高138倍的上转换发光强度增强以及最高的85%和81%的发射和激发偏振对比度，与理论模拟结果符合良好。

该研究为纳米材料或器件的强度和偏振态调控提供了一种方案，对于实现动态颜色调谐、纳米级光源调制以及基于偏振的光电子器件都具有潜在的应用前景。该工作发表在Nanophotonics 11, 2349-2359 (2022)。

图1a.  沿金纳米棒天线水平方向激发时稀土掺杂纳米晶的上转换发射光谱。  b. 沿金纳米棒天线竖直方向激发时稀土掺杂纳米晶的上转换发射光谱。底部是水平和竖直激发方向及四种金纳米棒天线的结构示意图。