一维金属纳米结构中传导的表面等离子体的光学性质研究

近几年，在纳米表面等离子体光子学领域人们普遍关心对两类光性质的调控：光的强度和光的传播。利用金属纳米线这种新型的受限一维体系可以实现光在衍射极限以下的传播，这对于开发基于表面等离子体共振的光电一体器件，解决下一代微处理器尺寸瓶颈等问题具有重要的意义。但人们对光在纳米线中的耦合、传播、衰减等性质的理解还不完全，尤其在实验方面，纳米线与颗粒的耦合、发射角度和偏振方向等问题还没有系统研究。本课题将着眼于金属纳米线中传播的表面等离子体的各种光学性质，实验上将远场（暗场散射谱实验，表面增强拉曼实验）和近场（扫描近场光学显微镜）表征方法结合，采用新颖的实验设置，配合理论模拟（时域有限差分、张量格林函数），对金属纳米线和金属纳米线-纳米颗粒体系中光的传导性质和机理等做全面研究。

金属纳米结构中能够激发表面等离子体激元(SPPs)并具有非常特殊的光电性质。对基于表面等离子体共振的纳米结构体系的研究已形成了国际上迅猛发展的热点研究领域之一。最近几年，一维金属纳米线作为光波导受到了国内外的广泛关注。金属纳米线中可以激发传播的表面等离子体，并使光在高度受限在一维体系中。这种独特的光学特性使得表面等离激元纳米波导成为开发基于表面等离子体共振的新型光电一体器件的基本组成部分。. 本项目着眼于金属纳米线中传播的表面等离子体的各种光学性质，实验上将远场和近场表征方法结合，采用新颖的实验设置，配合理论模拟，对金属纳米线和金属纳米线-纳米颗粒体系中光的传导性质和机理等做全面研究。在项目执行过程中，先后研究了.1，纳米线中传播的表面等离激元的发射角度和偏振方向等问题，发现了波导的定向发射特性以及波导保偏特性与波导端面形貌的关系，对发展光芯片互连以及基于纳米波导的量子通信器件具有重要的应用价值。.2，进一步，利用复杂纳米波导结构中首次实现了纳米光调制器、路由器以及光的逻辑判断回路，在纳米光子元件的构造与原理方面取得了突破，为纳米光子器件的设计奠定了基础。.3，另外，在本项目的支持下，还对各种金属纳米结构在表面增强拉曼光谱、上转换发光材料、介质波导与金属波导耦合等方面的应用进行了探索。. 以上研究成果发表SCI文章14篇(影响因子大于8的6篇)，其中Nano Letters 2篇，Small 3篇，Adv. Mater. 1篇，PRB 1篇。统计到2012年12月，以上成果已被国内外其他研究小组引用近百次。他引论文分布在30余种国际学术刊物，特别是被Nature系列杂志，以及权威综述文章Chemical Reviews多次引用。. 本项目在2012年获得了青年-面上连续资助的支持，金额为89万。我们将在该项目的资助下对金属纳米波导的相关光学特性及其在光子器件的应用等方面开展更深入的研究。