低维金属-半导体耦合纳米结构中的光学性质研究

应用金属表面等离激元振荡于未来的通讯和信息处理是以对其的产生、控制、转化等的深入研究为基础的；而金属与半导体的集成使得表面等离激元振荡与半导体纳米结构中的激子、声子等元激发的相互作用研究成为必需。本课题以基于金属的纳米微结构和半导体量子点或量子线等形成的复合结构为主要研究对象，展开对金属-半导体纳米复合结构的光学性质研究。主要研究内容为不同子结构的耦合机制以及由此带来的光学性质的改变，重点揭示耦合作用所产生的新的光学性质以及这些新的光学特性对组份尺寸、耦合距离、介电环境、外加场强等的依赖关系。主要研究目标是：以现有的实验结果为指导，建立对有金属纳米结构参与的耦合体系（特别是量子点与量子线的耦合体系）的合理物理模型，解析求解与数值计算相结合，正确解释已有实验结果，并期望发现新的光学效应，实现源头创新，为耦合纳米结构在光探测、光传感等器件方面的应用提供理论依据和设计方案。

在青年基金（No. 11004015）的资助下，我们研究了低维金属-半导体耦合纳米结构的光学性质。研究成果主要包括两个内容：一是金属介电多层膜波导中的表面等离激元传输特性。我们第一次设计了与传统光纤波导相对应的表面等离激元纤波导，给出了理论模型，并在引入非线性后找到表面等离激元光孤子。二是研究了由金属、绝缘体、半导体同心构成的纳米线中激子与等离激元相互作用。我们的工作将激子-等离激元的相互作用拓展到非零维激子参与的体系；我们对激子采用电子空穴对表象中的波函数描述；将等离激元的影响通过自洽的方式引入到激子的感受势中。在这一理论模型下，我们求得了激子的线性吸收谱并发现很强的激子红移；同时分析了激子吸收谱改变的物理机制，并讨论了结构参数对激子吸收谱的影响。申请者以第一作者在Phys. Rev. B和Optics Express上发表文章3篇。