Redistribusi Energi Elektromagnetik dalam Sistem Film Rantai Partikel Kiral Gabungan

Hasil dan Diskusi

Spektrum Serapan dan Analisis Spektrum CD

Spektrum penyerapan sistem untuk cahaya LCP dan RCP diplot dengan kurva padat biru dan merah pada Gambar. 1c. Terlihat bahwa terdapat empat puncak resonansi plasmon utama, yaitu pada sekitar 590, 635, 710, dan 785 nm. Membandingkan dua spektrum penyerapan, jelas ada perbedaan posisi puncak dan intensitas puncak resonansi dalam kisaran 530-860 nm, yang sangat jelas dalam dua panjang gelombang resonansi pendek. Gambar 1c panel bawah menunjukkan spektrum CD (CD ≈ ΔA = (1 − R _R ) − (1 − R _L ) = R _L R _R di sistem kami, R _L dan R _R adalah reflektifitas untuk struktur yang dieksitasi oleh cahaya LCP dan RCP) dari sistem ini. Kita dapat melihat bahwa ada respons CD yang lebih kuat di dekat puncak resonansi. Karena susunan kiral partikel, respons keempat partikel berbeda. Interaksi antara partikel yang merespons berbeda akan menyebabkan perbedaan respons total untuk LCP dan RCP, yang kiral. Respon dapat dijelaskan dengan menggunakan pencocokan atau ketidakcocokan vektor listrik dan mode struktur pada saat tertentu. Sangat mirip dengan model Born-Kuhn, vektor medan listrik berputar akan cocok dengan mode yang berbeda pada momen yang berbeda dalam periode LCP dan RCP dan vektor listrik LCP dan RCP berputar berlawanan arah [57, 58], yang juga memiliki telah diusulkan dalam beberapa karya sebelumnya [42]. Namun, pada kondisi sistem rantai partikel, muatan pencitraan pada film akan berinteraksi dengan rantai partikel dan membentuk rantai ganda yang setara. Akibatnya, ada respons CD yang kuat karena vektor listrik berputar dari cahaya LCP atau RCP yang datang yang sepanjang atau berlawanan dengan arah dipol yang dibentuk oleh rantai partikel LH ​​pada film pada panjang gelombang eksitasi tertentu.

Perbandingan spektrum serapan dan spektrum dikroisme melingkar untuk celah yang berbeda antara partikel dimasukkan ke dalam File tambahan 1:Gambar S1 untuk membantu menunjukkan tren. Kita dapat melihat bahwa ketika gap semakin kecil, CD menjadi lebih kuat, yang tidak mengherankan karena interaksi yang lebih kuat.

Analisis Pemfokusan Cahaya Terpolarisasi Sirkular

Studi kami sebelumnya telah menunjukkan bahwa "titik panas" dengan peningkatan medan elektromagnetik tinggi untuk sistem film nanopartikel-logam terjadi tidak hanya antara nanopartikel tetapi juga antara nanopartikel dan film logam. Dan dalam beberapa kasus, medan elektromagnetik antara partikel dan film bahkan lebih kuat [35, 36]. Energi elektromagnetik akan terdistribusi ulang karena interaksi yang berbeda antara film rantai partikel kiral dan lampu eksitasi LCP/RCP. Efek fokus energi medan-dekat dari sistem diselidiki untuk perbedaan cahaya terpolarisasi sirkular, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Gambar 2a, b menampilkan distribusi medan listrik di tengah celah antara rantai partikel kiral dan film Ag di puncak resonansi untuk cahaya LCP dan RCP, masing-masing. Untuk memudahkan, celah antara partikel berdiameter berbeda dan film diberi label sebagai F1, F2, F3, dan F4 (seperti yang ditunjukkan pada kolom kanan Gambar 2c. Pada Gambar 2a, b, setiap grafik mewakili distribusi medan listrik pada puncak resonansi, dan masing-masing posisi peningkatan medan sesuai dengan F1, F2, F3, dan F4. Pada panjang gelombang tereksitasi yang sama, posisi peningkatan medan dan intensitas menunjukkan perbedaan yang jelas untuk LCP dan RCP. Pada 590, 635, 710, dan 785 panjang gelombang resonansi nm, medan terkuat terjadi pada F1, F4, F2, dan F4, masing-masing.Untuk LCP, peningkatan medan maksimum yang sesuai berturut-turut adalah 270, 346, 333, dan 385. Namun, medan terkuat terjadi pada F3, F2 , F3, dan F3-F4 pada panjang gelombang di atas untuk RCP, dan peningkatan maksimum yang sesuai masing-masing adalah 187, 319, 463, dan 386. Selain itu, peningkatan bidang celah lain juga menunjukkan keragaman untuk panjang gelombang yang berbeda untuk LCP dan RCP. 2c menunjukkan intensitas medan listrik dalam celah antara film partikel yang berbeda dalam sistem film rantai partikel kiral dengan panjang gelombang yang menarik bervariasi dari 400 hingga 1000 nm. Kurva solid biru mewakili medan listrik untuk LCP dan kurva solid merah untuk RCP. Secara kasar, peningkatan maksimum terjadi pada partikel yang lebih kecil dengan puncak resonansi panjang gelombang yang lebih pendek dan pada celah partikel yang lebih besar dengan puncak resonansi panjang gelombang yang lebih panjang, yang sesuai dengan harapan tetapi tidak cenderung mutlak. Selain itu, pada celah yang sama dengan puncak resonansi yang berbeda, atau pada celah yang berbeda pada puncak resonansi yang sama, peningkatan medan dekat juga menunjukkan perbedaan yang signifikan pada posisi puncak resonansi dan intensitas peningkatan untuk cahaya terpolarisasi melingkar yang berbeda. Dalam celah F1 dan F2, perbedaan peningkatan maksimum yang disebabkan oleh perbedaan polaritas cahaya LCP dan cahaya RCP terjadi sekitar panjang gelombang resonansi 635 nm, dan rasio peningkatan di bawah RCP dan LCP masing-masing adalah 3,5 dan 5,5 untuk F1 dan F2. Untuk F3, perbedaan peningkatan yang lebih besar ditemukan sekitar 635 dan 710 nm, dan rasio peningkatan untuk LCP ke RCP masing-masing adalah 3 dan 0,5. Perlu dicatat bahwa peningkatan 0,5 kali di sini menunjukkan peningkatan yang lebih kuat di bawah cahaya RCP daripada cahaya LCP sekitar 635 nm. Untuk F4, ada perbedaan peningkatan terbesar sekitar 635 nm, dan rasio LCP terhadap RCP adalah 1,4. Fenomena ini bagus untuk respons CD yang menarik dan memberikan prospek sensor molekuler pada substrat pada posisi yang berbeda.

Efek pemfokusan energi elektromagnetik dalam sistem film rantai partikel kiral Ag. a , b Distribusi medan dekat listrik di x -y bidang di tengah celah antara film partikel kiral pada puncak resonansi yang berbeda untuk sistem yang dieksitasi oleh LCP (a ) dan RCP (b ) ringan, masing-masing. Setiap gambar sesuai dengan puncak resonansi yang ditandai. c Peningkatan medan listrik di celah F1, F2, F3, dan F4, ditunjukkan pada gambar kanan (dan dalam a juga) menunjukkan perbedaan besar pada puncak resonansi. Garis solid biru dan merah mewakili peningkatan medan listrik untuk lampu LCP dan RCP. Garis putus-putus vertikal dari kiri ke kanan sesuai dengan puncak masing-masing pada 590, 635, 710, dan 785 nm

Untuk mendapatkan pemahaman mendalam tentang mekanisme di balik peningkatan medan listrik dari sistem film rantai partikel kiral, kami sekarang menyelidiki mode setiap puncak resonansi dari sudut pandang hibridisasi. Menurut spektrum reflektansi sistem, ada empat puncak resonansi yang ditandai sebagai 1, 2, 3, dan 4 masing-masing, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3 (kurva biru untuk LCP dan kurva merah untuk RCP). Distribusi muatan permukaan sistem di bawah eksitasi LCP atau RCP masing-masing ditunjukkan di kiri dan kanan, dengan level hybrid di tengah. Panah warna menunjukkan keadaan polarisasi dari partikel jari-jari yang berbeda, yang sesuai dengan 20, 30, 40, dan 50 nm yang diplot dengan warna hitam, merah, biru, dan kuning. Film direpresentasikan sebagai garis cyan di bawah panah; dan garis cyan mewakili level hybrid juga. Dipol pencitraan berlawanan yang diinduksi pada film ditampilkan dengan warna abu-abu.

Skema hibridisasi sistem film partikel kiral. Kurva padat biru dan merah di sebelah kiri adalah spektrum reflektansi untuk sistem yang dieksitasi oleh LCP dan RCP, masing-masing. Distribusi muatan permukaan rantai partikel kiral dan lapisan emas untuk cahaya LCP atau RCP ditampilkan di sisi kiri dan kanan. Panah warna menunjukkan keadaan polarisasi dari partikel jari-jari yang berbeda, yaitu 20, 30, 40, dan 50 nm untuk hitam, merah, biru, dan kuning. Garis putus-putus horizontal dari atas ke bawah mewakili tingkat energi puncak masing-masing pada 590, 635, 710, dan 785 nm

Untuk tingkat pertama sekitar 785 nm, ini adalah mode dipol besar hibrida yang khas dengan pencitraan induksi dipol berlawanan pada film. Untuk eksitasi RCP, karena momen yang lebih lemah untuk partikel 50 nm (dipol kuning), tingkat energi biru bergeser beberapa nanometer (kita perlu melihat lebih dekat untuk menyelesaikannya) terkait dengan eksitasi LCP. Menurut teori hibridisasi partikel dan film [34], diketahui bahwa untuk kopling muatan pencitraan yang diinduksi seperti itu, sistem selalu dalam mode ikatan, sehingga selalu menurunkan energi. Jika kopling lebih lemah, energi akan lebih tinggi (pergeseran biru). Dari dipol besar yang digabungkan dan dipol pencitraan, kita dapat dengan mudah melihat bahwa untuk eksitasi LCP, medan listrik terkuat harus berada di bawah partikel 50 nm (dipol kuning); dan untuk eksitasi RCP, titik terkuat F3 dan F4 harus berada di bawah partikel 40 nm (biru) dan 50 nm (kuning) (50 nm bahkan lebih kuat). Untuk tingkat kedua sekitar 710 nm, dari distribusi muatan permukaan pada partikel, kita dapat melihat bahwa untuk eksitasi LCP, dua partikel yang lebih kecil berada dalam orientasi yang sama (yang merupakan mode antiikatan untuk dua partikel) [59] dan vertikal ke permukaan; dua partikel yang lebih besar berada dalam orientasi yang sama dengan arah yang berlawanan dengan dua partikel yang lebih kecil. Tetapi untuk eksitasi RCP, polarisasi dipol hitam berada di cakrawala, yang akan menurunkan tingkat energi. Dari arah dipol perlu diperhatikan bahwa untuk eksitasi LCP dipol merah dan biru berlawanan arah, sehingga dapat saling menguatkan sehingga F2 dan F3 lebih kuat. Menurut Ref. [36], dalam hal ini, partikel yang lebih kecil akan membatasi lebih banyak energi, sehingga F2 adalah celah terkuat. Untuk eksitasi RCP, cakrawala satu (panah hitam) membatalkan F2 sebagian karena dipol hitam dan dipol merah sebagian antiikatan, jadi F3 adalah yang terkuat. Tingkat ketiga adalah sekitar 635 nm. Dibandingkan dengan tingkat kedua, dipol biru terbalik, dan medan kuat yang dihasilkan oleh dipol hitam, merah, dan biru menarik dipol kuning dalam sudut yang diberi judul. Dipol biru terbalik juga membuat tingkat energi lebih tinggi di bawah eksitasi LCP karena mode ini dihibridisasi oleh tiga dipol. Ketika tereksitasi dengan RCP, dipol hitam dan biru adalah cakrawala membuat energi lebih rendah. Dari orientasi dipol dapat langsung diketahui bahwa gap F4 paling kuat untuk LCP karena panah biru dan panah kuning saling menguatkan dan F2 paling kuat untuk RCP karena panah hitam dan biru memperkuat panah merah. Untuk tingkat keempat sekitar 590 nm, empat dipol berorientasi hampir sama membuat energi tertinggi. Di bawah eksitasi LCP, tiga dipol pertama hampir dalam orientasi yang sama, dan yang kuning diberi judul dalam sudut besar, yang menurunkan energi. Di bawah eksitasi RCP, dipol berjudul adalah yang hitam. Karena momen dipol lebih lemah, energi total lebih tinggi dari pada eksekusi LCP. Dari konfigurasi dipol, kita dapat melihat bahwa untuk LCP, celah terkuat seharusnya F1 di bawah partikel terkecil karena partikel terkecil memiliki kemampuan fokus terkuat di bawah konfigurasi tersebut karena partikel yang lebih besar akan meningkatkan medan di sekitar partikel yang lebih kecil lagi. Untuk RCP gap yang paling kuat bukan F1 atau F2 karena dipol hitam terlalu kecil dan hampir di bawah gap dipol merah. Jadi bidang yang berlawanan memasuki celah dipol merah terlalu banyak dan membatalkan bidang tersebut. Untuk yang biru dan kuning, celah terkuat seharusnya F3 karena partikel biru lebih kecil. Secara total, analisis dalam hibridisasi sangat cocok dengan hasil pada Gambar 2.

Faktanya, peningkatan medan listrik antara partikel dalam sistem film rantai partikel kiral juga sangat kuat. Spektrum peningkatan di celah P1, P2, dan P3 antara partikel (sisipan Gambar 4) ditunjukkan pada Gambar. 4. Kami mencatat puncak medan maksimum bergeser ke arah panjang gelombang panjang ketika diameter partikel yang berdekatan meningkat, yaitu sekitar 620 nm untuk celah P1, 710 nm untuk celah P2, dan 785 nm untuk celah P3, masing-masing. Peningkatan medan listrik maksimum adalah 120, 217, dan 226. Trennya mirip dengan RCP yang mengasyikkan. Sangat menarik bahwa posisi puncak peningkatan tidak persis sama untuk eksitasi LCP dan RCP. Meskipun demikian, dibandingkan dengan spektrum peningkatan medan listrik yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, efek peningkatan antara partikel-film lebih kuat daripada antar partikel.

Peningkatan medan listrik di celah P1, P2, dan P3 (seperti yang ditunjukkan dalam sisipan) antara partikel perak yang berbeda dalam rantai partikel kiral. Garis solid biru dan merah masing-masing mewakili spektrum peningkatan medan listrik untuk cahaya LCP dan RCP. Garis putus-putus vertikal dari kiri ke kanan sesuai dengan puncak masing-masing pada 590, 635, 710, dan 785 nm

Bidang Super-Kiral dalam Pemfokusan Kiral

Sangat jelas bahwa sekali ada film di bawah partikel, ada efek pemfokusan di celah antara partikel dan film. Dan efek pemfokusan bervariasi di bawah eksitasi LCP dan RCP. Salah satu masalah besar dalam plasmon-enhanced chirality adalah bahwa struktur tersebut dapat menghasilkan medan dekat super-kiral, yang diharapkan dapat diterapkan untuk merasakan atau mendeteksi molekul kiral. Untuk menyelidiki peningkatan respons medan dekat kiral, peningkatan medan dekat super-kiral di sekitar sistem dihitung. Faktor peningkatan kiralitas optik, yang didefinisikan sebagai \( \widehat{C}=C/{C}_{CP} \) [46], di mana C =  − ε ₀ /2ω Saya[E ^∗ B ] dinamakan kiralitas optik, seperti yang diperkenalkan oleh Tang dan Cohen [50], yang secara kuantitatif dapat dicirikan oleh derajat asimetri kiral. Di sini, ε ₀ adalah permitivitas ruang bebas, ω adalah frekuensi sudut cahaya datang, dan E dan B adalah medan listrik dan magnet lokal. \( {C}_{CP}=\pm {\varepsilon}_0\omega {E}_0^2/(2c) \) adalah kiralitas optik untuk lampu LCP (+) dan lampu RCP (−) dengan listrik amplitudo medan E ₀ . Karena kopling medan-dekat yang kuat, peningkatan medan besar dalam celah antara film-partikel (lihat Gambar 2) dapat menghasilkan medan kiral lokal yang jelas-jelas ditingkatkan dalam celah yang sesuai. Distribusi medan kiral lokal pada puncak resonansi dengan 635 nm ditunjukkan pada Gambar. 5. Kita dapat menemukan ada peningkatan kiral yang kuat di celah F4 dan F3 untuk LCP. Namun, peningkatan terjadi pada celah F2 dan F1 untuk RCP. Hasil di atas sesuai dengan Gambar. 2. Distribusi medan kiral lokal untuk puncak resonansi lainnya disajikan dalam File tambahan 1:Gambar S2 (a)–(c). Pada Gambar 6a, b, kami menunjukkan distribusi peningkatan bidang kiral optik di x -y bidang di tengah celah antara partikel-film di empat puncak resonansi masing-masing ketika sistem dieksitasi oleh cahaya LCP dan RCP. Posisi peningkatan sesuai dengan daerah celah F1, F2, F3, dan F4 masing-masing searah jarum jam. Kekuatan peningkatan di celah yang berbeda berbeda pada mode resonansi yang sama untuk cahaya LCP dan RCP. Di bawah eksitasi CPL yang sama, medan super kiral di celah juga bervariasi. Kita bisa melihat faktor peningkatan kiral bisa mencapai 90 kali pada posisi menguntungkan dan panjang gelombang resonansi. Peningkatan optik kiral juga selektif untuk cahaya LCP dan RCP di lokasi berbeda dari celah yang sama. Selain itu, daerah peningkatan kiral terbatas pada area kecil di setiap celah dan berubah dengan cepat. Dalam aplikasi peningkatan kiral, sinyal CD di atas volume probe ditentukan oleh integrasi bidang kiral lokal. Sehingga perlu dilakukan penelitian terhadap kiralitas optik rata-rata. Di sini, kami mengambil silinder kecil dengan jari-jari 4, 6, 8, dan 10 nm, masing-masing, di bawah partikel dengan jari-jari 20, 30, 40, dan 50 nm, dan ketinggian hanya memotong film dan partikel. Setiap silinder berpotongan dengan partikel dan film yang sesuai. Volume daerah perbedaan antara silinder dan setiap film partikel adalah V . Jari-jari dipilih ketika medan listrik meluruh menjadi 1/e maksimum di bawah partikel. Faktor peningkatan kiralitas optik rata-rata dapat diperoleh dengan mengintegrasikan C /|C _CP | di bagian diferensial silinder dengan partikel dan film dan mengambil rata-rata volume, yaitu

Distribusi peningkatan medan dekat kiral di celah antara partikel dan antara partikel-film pada puncak resonansi 635 nm untuk eksitasi LCP dan RCP. Diameter empat nanosfer perak dalam sistem film rantai partikel kiral masing-masing ditandai sebagai 20, 30, 40, dan 50 nm. Celah antara partikel berdiameter berbeda dan film masing-masing diberi label sebagai F1, F2, F3, dan F4, dan celah antara partikel diberi label masing-masing sebagai P1, P2, dan P3

Faktor peningkatan kiralitas optik dari rantai partikel perak kiral pada film emas. a Distribusi peningkatan medan dekat kiral di tengah celah antara film partikel di x -y bidang pada puncak resonansi yang berbeda untuk cahaya LCP dan b untuk lampu RCP. c Faktor peningkatan kiralitas optik rata-rata volume di celah F1, F2, F3, dan F4. Garis solid biru dan merah masing-masing sesuai dengan cahaya LCP dan RCP. Garis putus-putus vertikal dari kiri ke kanan sesuai dengan puncak masing-masing pada 590, 635, 710, dan 785 nm

dan spektrum peningkatan kiral rata-rata volume yang sesuai dalam celah F1, F2, F3, dan F4 diplot pada Gambar. 6c. Dari spektrum, kita dapat melihat bahwa meskipun ada efek pembatalan untuk medan kiral yang berlawanan di bawah partikel, peningkatan medan kiral rata-rata masih sangat kuat. Untuk F1, puncak terkuatnya bahkan mencapai 50 kali lipat. Peningkatan medan kiral pada film logam jarang dilaporkan. Peningkatan medan kiral rata-rata pada film logam dalam pekerjaan kami adalah dengan urutan yang sama seperti pada ref. 51. Dan di celah yang berbeda, medan kiral di bawah eksitasi LCP dan RCP bisa sangat berlawanan, seperti di celah F1 dan F3. Dengan sifat-sifat tersebut, kita dapat menggunakannya untuk merasakan molekul kiral. Misalnya, ketika dua molekul kiral dengan kiralitas berlawanan terletak di bawah celah F1, L seseorang akan tereksitasi di bawah LCP pada 590 nm dan R satu akan tereksitasi di bawah RCP pada 635 nm. Jika seseorang hanya tereksitasi pada 600 nm, cahaya LCP dan RCP akan benar-benar membedakan L dan R molekul dalam celah F3.

Selain peningkatan kiral medan dekat yang kuat di celah antara film partikel, ada juga respons kiral yang besar di celah antar partikel (Gbr. 5 dan File tambahan 1:Gambar S2 (a)–(c) menunjukkan kiral distribusi peningkatan medan dekat pada puncak resonansi di celah P1, P2, dan P3). Untuk melihat bidang kiral antara partikel, spektrum peningkatan kiral rata-rata optik juga dihitung dengan Persamaan. (1) di daerah celah P1, P2, dan P3, seperti ditunjukkan pada Gambar 7. Volume dalam rumus di sini diperoleh dengan metode yang sama seperti celah partikel-film. Terlihat jelas bahwa medan kiral di celah P1, P2, dan P3 selalu negatif untuk LCP dalam rentang panjang gelombang yang lebar; untuk cahaya RCP, kiralitas medan berlawanan di celah. Perbedaan signifikan untuk dua lampu terpolarisasi melingkar penting untuk penerapan peningkatan molekul kiral.

Faktor peningkatan kiralitas optik rata-rata volume di celah P1, P2, dan P3. Garis solid biru dan merah masing-masing sesuai dengan eksitasi cahaya LCP dan RCP. Garis putus-putus vertikal dari kiri ke kanan sesuai dengan puncak masing-masing pada 590, 635, 710, dan 785 nm

Perbandingan Partikel Bersusun Linier, Jari-jari Susunan Lebih Besar, dan Nomor Partikel Berbeda

Efek pemfokusan energi medan listrik dari rantai partikel linier pada sistem film emas juga dipelajari sebagai perbandingan. The linear particle chain is also consisted of four Ag particles with different diameters, which are 20, 30, 40, and 50 nm as shown in Fig. 8. In contrast to chiral structures, linear particle chain has a stronger reflex response (Fig. 8a), the focus effect in the gaps between particles-film is more pronounced, and especially the linear system is probed by linear polarized light (Fig. 8b). In Fig. 9, the volume-averaged chiral enhancement spectra in the gaps between particles-film are plotted. The solid curves represent the enhancement spectra of the linear particle chain-film system, and the blue and pink solid lines correspond to LCP light and linear polarized (LP) light, respectively. The dotted lines represent the enhancement of chiral particle chain-film system as above discussed, and the blue and red dotted lines correspond to LCP and RCP light excitation, respectively. One can notice that there is stronger chiral field enhancement in some gaps at some resonant peak, e.g., in gap F1 the chiral field enhancement may reach values of 48 near the peak 640 nm. However, compared to chiral structure, it is clear that for circular polarized light the optical chirality of the linear structure is weaker in general, and for linear polarized light the linear structure do not exhibit CD response, so it is more advantageous that chiral structure is used in chiral molecular sensor than linear structure.

Comparison with linearly arranged particles by different polarized light. a Reflectance spectra of different silver particle-film system. The blue and pink solid lines represent the reflectance spectra of the linear silver particle chain-film system excited by left-hand circle light (marked as LCP(L)) and linear polarized light (marked as LP(L)), respectively. The structure of linear particle chain-film is shown in the inset. In the diagram, Arabic numerals 20, 30, 40, and 50 represent the radius of corresponding particles. b The electric field enhancement spectra in the gaps between particle-film in the chiral particle chain-film and the linear particle chain-film systems. The gaps between particle-film are respectively labeled as F1, F2, F3, and F4, which are indicated in the insets. The blue and pink solid lines represent the enhancement on the film in the linear chain structure excited by left-hand circle light (marked as LCP(L)) and linear polarized light (marked as LP(L)), respectively. The blue and red dotted lines are electric field enhancement for the chiral particle chain-film system probed by LCP and RCP light, respectively. The vertical dashed lines from left to right correspond to the peaks at 590, 635, 710, and 785 nm, respectively

Volume-averaged optical chirality enhancement factors in the gaps F1, F2, F3, and F4 indicated in the insets of Fig. 8. The blue and pink solid lines represent the volume-averaged chiral near-field enhancement spectra of the linear structure excited by left-hand circle light (marked as LCP (L)) and linear polarized light (marked as LP (L)), respectively. The blue and red dotted lines represent the volume-averaged chiral near-field enhancement spectra of the chiral silver particle chain-film for LCP and RCP light, respectively. The vertical dashed lines from left to right correspond to the peaks at 590, 635, 710, and 785 nm, respectively

To investigate the arrangement effect of the chirality of this structure on optical chirality, we changed the arranged circle radius (R ) in x -y plane (as shown by blue dotted circle in Fig. 1b) and simulated the optical properties of the chiral NP chain-film system with different R . From the absorption spectra and CD spectra, we can see that the resonant peaks are almost the same with the increase of R (Additional file 1:Figure S3); but the CD becomes weaker when R meningkat. Because the chirality of structure becomes lower (symmetry becomes higher) with R increasing, the chiral responses for LCP and RCP are not so sensitive any more. Meantime, the volume-averaged chiral enhancement between NPs-film shows a trend of decrease as well (Additional file 1:Figure S4). However, R has less influence on the volume-averaged chiral enhancement between particles (Additional file 1:Figure S5).

In addition, the relation of chiral enhancement and particle number is also investigated (Additional file 1:Figure S6). Very similar with the above discussed system with four particles (which is labeled as 50-40-30-20), we took away the 20-nm particle to make the chiral chain having three particles (labeled as 50-40-30). The CD spectra of the two systems are obviously different. There are three CD response peaks in the 50-40-30 system. With the particle number reducing, the volume-averaged chiral enhancement in gap F2 is more affected than in gaps F3 and F4. However, the volume-averaged chiral enhancement between particles has small change.

The results presented above somehow give a way of enhancing chiral molecule optical activity signals other than direct enhancement by a dimer. However, to fabricate such system is a bit tricky. A rough way to make such system may be to directly drop a droplet particle sol with different size on the Au film substrate. Because there are plenty of particles, it is not very hard to find such curved shape with different size. But if someone want it more controllable and delicate, chemical synthesis is a possible way. The nanoparticle is not perfect round because of the crystalline structure. One can first put the particles with the uniform size in some functional molecule solution (like DNA with special functional group), in which the chemical molecules will only adsorb on specific facet. Perform similar steps on the particles with different size [11]. Mix the particles together and they will form a chain. Then, drop the solution on substrate and the tension of the solvent will curve the chain. Other possible way may be pulling method with mill curved slots substrate [60], magnetic self-assembly of particles with magnetic core particles [61], capillary effects [62], or optical force [63].