Retrieving the colors of resonance modes in nanophotonic structures: A case study of Gold Nanoplates and Silicon Nanospheres

Wang Jing; Li Jincheng; Zhu Hongjia; Liu Pu; Shao Lei; Chen Huanjun

doi:10.11714/acta.snus.ZR20250199

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Retrieving the colors of resonance modes in nanophotonic structures: A case study of Gold Nanoplates and Silicon Nanospheres

更新时间：2026-09-20

- Retrieving the colors of resonance modes in nanophotonic structures: A case study of Gold Nanoplates and Silicon Nanospheres
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Pages: 1-9(2026)
- 作者机构：
  
  1.光电材料与技术国家重点实验室，广东广州 510275
  2.广东省显示材料与技术重点实验室，广东广州 510275
  3.中山大学电子与信息工程学院，广东广州 510006
  4.中山大学材料科学与工程学院，广东广州 510006
- 作者简介：
  
  Wang Jing（wangj968@mail.sysu.edu.cn）；
  Li Jincheng（Chenhj8@mail.sysu.edu.cn）；
  Zhu Hongjia（Chenhj8@mail.sysu.edu.cn）；
  Liu Pu（liupu5@mail.sysu.edu.cn）；
  Shao Lei（shaolei5@mail.sysu.edu.cn）；
  Chen Huanjun（Chenhj8@mail.sysu.edu.cn）
- 基金信息：
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20250199
  CLC： O47
- Received：15 September 2025，
  
  Revised：2025-10-21，
  
  Accepted：09 October 2025，
  
  Online First：20 September 2026，
- 稿件说明：
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Wang Jing, Li Jincheng, Zhu Hongjia, et al. Retrieving the colors of resonance modes in nanophotonic structures: A case study of Gold Nanoplates and Silicon Nanospheres[J/OL]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2026, 1-9.
DOI：

Wang Jing, Li Jincheng, Zhu Hongjia, et al. Retrieving the colors of resonance modes in nanophotonic structures: A case study of Gold Nanoplates and Silicon Nanospheres[J/OL]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2026, 1-9. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20250199.

摘要

本文研究了作为等离子体共振器的金纳米板（Au NPs）和作为介电共振器的硅纳米球（Si NSs），并建立了一种系统的方法来获取和可视化与其共振模式对应的颜色。首先，通过湿化学各向异性氧化法合成Au NPs。然后，通过液体中的纳秒激光烧蚀法制备Si NSs。最后，将单颗粒暗场散射光谱与基于CIE 1931色彩空间的定量转换框架结合，实现了Au NPs和Si NSs在可见光谱（454~769 nm）范围内共振的精确调控。单个纳米颗粒的散射光谱被获取并按照 ASTM E308 标准转换为CIE三刺激值和sRGB颜色。结果表明，硅纳米球表现出宽泛的 Mie 共振，从而产生多样的色彩；而金纳米颗粒则支持较窄的等离子体共振，呈现出高度饱和的颜色。这项工作建立了一个将纳米尺度共振与宏观颜色感知联系起来的通用框架，为设计用于显示、成像和传感的纳米结构提供了指南。

Abstract

The resonance modes in nanophotonic structures

such as plasmonic oscillations in metals and Mie resonances in semiconductors

govern their optical responses. Yet

directly linking these modes to perceptible colors at the single-particle level remains difficult. Here

we investigate gold nanoplates(Au NPs) as plasmonic resonators and silicon nanospheres (Si NSs) as dielectric resonators

and establish a systematic method to retrieve and visualize the colors associated with their resonant modes. Single-particle dark-field scattering spectroscopy was combined with a quantitative conversion framework based on the CIE 1931 color space. Au NPs were synthesized via wet-chemical anisotropic oxidation

and Si NSs by nanosecond laser ablation in liquid

enabling precise tuning of their resonances across the visible spectrum(454~769 nm).Scattering spectra of individual nanoparticles were acquired and converted to CIE tristimulus values and sRGB colors following ASTM E308 standards.Si NSs exhibit broad Mie resonances that produce a diverse color palette

whereas Au NPs support narrower plasmonic resonances that yield highly saturated colors.This work establishes a general framework linking nanoscale resonances to macroscale color perception

providing a guideline for designing nanostructures for applications in displays

imaging

and sensing.

关键词

Keywords

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