基于金刚石薄膜的三维光学介观结构研究

Novel 3D mesostructures are one of the key way to control the properties of materials systems and the function of devices constructed with them. Progress in nearly all cases relies critically on developments in materials and methods for forming 3D mesostructures. The objective of present research proposal is to develop novel three-dimentional (3D) mesostructures with hierarchical deep sub-wavelength features (such as nanomembrane thickness) for new optical devices or components. Such optical microtubular cavatites can be effectively produced via photolithography processes and rolled-up nanotechnology. Pre-strained high index nanomembranes or metal/dielectric nanomembranes are adopted for the structure fabrication. The interaction between light and matter, as well as 3D optical modulation in these rolled-up optical microcavities with hierarchical deep sub-wavelength architecture will be achieved and analyzed on the basis of both experimental investigations and theoretical analysis. Combining with other functional materials, such as piezoelectric materials, 2D materials, semiconductor materials, and phase transition materials, our project may pave the way for the future realization of novel 3D mesostructures for microsystem, with relevance to biomedical devices micro -electromechanical systems (MEMS), energy storage platforms, optoelectronic components, and others.

三维介观结构，是实现材料性能调控的重要手段。通过人为改变材料的空间结构和物理尺度，使其获得新的性质，实现性能上的突破。本项目将自组装技术与精细加工技术结合，利用预应变工程技术，对性纳米薄膜精密图案化，探索可拓展的、完全集成的、适用于新功能材料的介观结构制备方法。利用该技术，结合高折射率金刚石纳米薄膜材料，制备三维卷曲的深亚波长分级管状结构光学谐振腔，结合理论建模与实验验证，调控光场与结构的相互作用，突破亚波长结构对光限制的局限。通过精细化和图案化的设计，对谐振模式进行精细调制和增强，并进一步挖掘对特定维度光场的调制的新效应（如强弱耦合的异常点和谐振模式的手性等）。该技术可与其他功能材料相结合，如：压电材料、低维材料、半导体材料、相变材料等，制备大面积、片上、多功能介观结构，为微最终应用到各类领域提供可能。

三维介观结构，是实现材料性能调控的重要手段。通过人为改变材料的空间结构和物理尺度，使其获得新的性质，实现性能上的突破。本项将自组装技术与精细加工技术结合，利用预应变工程技术，对性纳米薄膜精密图案化，探索可拓展的、完全集成的、适用于新功能材料的介观结构制备方法。利用该技术，结合高折射率金刚石纳米薄膜材料，制备三维卷曲的深亚波长分级管状结构光学谐振腔，结合理论建模与实验验证，调控光场与结构的相互作用，突破亚波长结构对光限制的局限。通过精细化和图案化的设计，对谐振模式进行精细调制和增强，并进一步挖掘对特定维度光场的调制的新效应（如强弱耦合的异常点和谐振模式的手性等）。.研究期间，申请人作为负责人获得国家自然科学基金“优秀青年”基金（2021），国家重点研发计划课题等基金资助（2022），以第一或通讯作者发表1篇Nature Communications, 1篇Journal of Semiconductors，并获得的上海市科技“启明星”称号（2021）。