低维受限ZnO腔激子极化激元的光谱研究和调控

半导体微腔中光和激子的强耦合效应是最近凝聚态研究领域的重要分支之一。以腔激子极化激元的自发相干辐射研究为代表的基础物理研究正如火如荼地展开，同时推动了腔激子极化激元新型光电元器件设计开发的研究步伐。而更低维度和更高温度下腔激子极化激元的研究才刚刚起步，我们将以前期获得的突破性成果为基础，开展低维受限ZnO腔激子极化激元的光谱研究和调控。本项目拟采用ZnO维纳米结构形成的微腔为研究载体，利用显微荧光光谱和角分辨光谱系统研究低维尤其是零维腔激子极化激元在不同条件（微腔尺寸、温度、 激发密度等）的光学特性及其动力学行为；实验上实现低温下腔束缚激子极化激元的直接光谱观测，并结合理论分析，深入理解光和束缚激子发生强耦合的物理机理；探寻针对激子极化激元耦合强度的有效调控手段，为进一步开发相关新型器件开辟新的道路。

按照该项目申请书和任务书中研究目标和研究内容，我们逐项开展了低维ZnO回音壁微腔中激子极化激元光学特性的研究：首先制备了高质量尺寸均匀或者尺寸渐变的二维受限ZnO回音壁微腔，获得了表面光滑、质量好的三维受限ZnO微腔。然后，基于这些高质量样品，继续开展了低维ZnO回音壁微腔中激子极化激元自发辐射的色散、动量分析等物理特性研究，阐明了三维受限腔激子极化激元自发相干辐射的物理机理，为进一步探索其可能的调控手段及相关应用奠定实验基础。这其中，优化了显微反射光谱设计及角分辨荧光光谱系统，探寻了调控光-物质强耦合的方法，实现了应力调制激子能级。另外，利用角分辨系统实验上首次实现了法布里-玻罗微腔中模式宇称及激子极化激元色散、阶数的实验测定。随后，率先开展了微腔中光和束缚激子的强耦合效应研究，实验上给出了完整的腔模和激子强耦合的反交叉色散关系，给出了腔束缚激子极化激元存在的最直接实验证据。利用时间分辨的单光子计数技术，研究了尺寸渐变的ZnO回音壁微腔中激子极化激元的动力学行为，实验上给出了清晰的寿命随材料体表比变化的趋势。最后，我们还研究了偏振耦合的激子极化激元对，实验上首次制备并阐明了不同偏振激子极化激元相互耦合的耦合大小及相关物理机理。综上所述，我们解决了项目申请中提出的大部分关键问题，基本实现了既定的研究目标，本项目执行期间，共发表了标注该项目资助的SCI学术论文5篇，EI论文1篇，专利授权2项。