金属和介电人工微纳结构中元激发和电磁响应

本项目拟从实验和理论两方面研究微纳结构中元激发与电磁响应规律。探讨电磁波穿越不同组合和不同调制方式的金属和介电多层微纳结构时元激发的产生和演化规律，揭示该系统中电共振和磁共振与元激发（如表面等离激元与磁等离极化激元等）的关系,揭示共振现象发生的物理本质；探讨通过改变入射光的偏振在同一微纳结构中实现电共振和磁共振的同频率转换,揭示其物理本质,给出实现负折射材料的新途径;探讨该系统中传播型与局域型等离激元之间的相互作用，利用具有周期、准周期和分形等特征的表面调制结构以及单个结构单元的构型变化来实现对等离激元的调控，构筑等离激元晶体和准晶体并实现对其能带结构的调控；探讨元激发与微纳结构的相互作用以及元激发的辐射效应，开发和研制基于元激发的新型光电功能材料和器件(如光频纳米天线和太赫兹波导等)。通过这些研究期望揭示微纳结构中元激发与电磁响应规律，探索基于元激发的新一代信息载体。

本项目从实验和理论两方面系统研究了金属和介电人工微纳结构中元激发与电磁响应,发现了该微纳结构体系中有关元激发产生和传输的若干新效应，揭示了相关系统中电磁共振的物理本质和操控光与元激发的若干新原理和新思路，并展示它们在发展基于元激发的新型光电功能材料和器件等方面的应用,得到了一些很有意义的研究结果。例如，发现和实验证实一维和二维金属光栅对很宽频带的光是透明的，同时揭示了发生该现象的微观机制，展示了光和表面等离激元之间的相互转换，给出了增强等离激元的激发和传播的途径,并将相关概念推广至其它元激发系统。该系列工作为构建宽带超构材料提供新思路，同时这种透明金属在光信息处理和光集成等方面展示诱人的应用前景。又如，提出和实验证实在金属和介电人工微结构中时间延迟可以实现相位积累进而实现光偏振态的操控,给出金属和介质微结构宽带调控光偏振态的一般性原理；进一步地，基于人工金属微结构中多波干涉效应实现了自由高效操控偏振的转换与旋转,该系列工作拓展了人们对微纳结构与光偏振态相互作用规律的认识，给出了人工微小结构控制光偏振性质的新思路，在信息处理、高分辨成像、材料分析等方面可望有重要的应用。再如，发展出二维及三维微纳阵列结构制备新方法，实现了周期、准周期和分形特征的等离激元结构，揭示了它们的能带特性；揭示了金属和介电人工微纳结构中电磁共振的物理本质，给出了诸如新型负折射材料、可用于超高分辨光谱学和成像的共振腔系统、近完美吸波材料与原型器件、同时具有空间分离和时间分辨的波分复用材料和原型器件等新型光电材料和器件。. 本项目研究工作给出了金属和介电微纳结构中元激发与电磁响应的若干新规律和新效应, 并展示了它们在发展基于元激发的新型光电功能材料和器件等方面的应用。有关工作在Physical Review Letters、 Advanced Materials、Physical Review X、 Applied Physics Letters 和Physical Review B等学术期刊上发表SCI论文49篇, 申请国家发明专利3项。项目执行顺利, 很好地完成了原先的研究计划, 并且根据国际发展的新热点, 适时地丰富了相关研究内容。