石墨烯动态调控手性表面等离激元结构研究

A major challenge in the plasmonic nanophotonics is dynamically tunable Chiral. In this project, we will focus on the electric and magnetic plasmonic coupling between graphene and metal nanostructures. Based on the coupling mode, we will study the optical chirality of the nanostructures after introduce the symmetry breaking. Through manipulating the plasmonic resonance wavelength of graphene by electrical gating, we will study the property of dynamically tuning the optical chirality without changing the geometrical parameters of the device. In addition, we will study the enhanced chiral hot sports generated by the nanostructures and the applications on chiral molecule sensing. After drawing conclusions from the previous studies, we propose three kinds of novel hybrid plasmonic nanostructures, in order to tackle and explore three issues in this field:.1) Find the condition to generate the strong electric induced transparency in reflected hybrid nanostructures. Combined with material and space distribution symmetry, find the general guideline to design two-dimensional nanostructures with strong chirality..2) Study the surface charge distribution of chiral nanostructures, power flow and its characteristic. Find the relationship between chiral hot spots and micro parameters and space distribution. Get the pathway to design and optimize..3) Based on the adjustment of nanostructures, we will study the line-shape and linewidth of their chiral spectra. We will study the coupling mechanism and strength under different frequency of the chiral nanostructure. Have the method to get the narrow-band, multi-band and broadband chiral response..We hope our research will open new routes for the field of graphene dynamically tunable chiral plasmonic nanostructures. Enhance the chiral molecule sensing efficiency and performance of the nanostructure as the substrate, which could provide new method for solving the key scientific and technical problems in connection with the CMOS devices.

目前在表面等离激元微纳光子学研究中的一个重要挑战是动态调控手性研究。在本项目中，我们研究石墨烯等离激元和金属等离激元微纳结构中的磁电模式耦合。在耦合模式的基础上研究引入对称性破缺后，产生的光学手性效应。利用石墨烯等离激元共振波段的门电压可控特性，研究在不改变器件几何尺寸的前提下动态调控光学手性特性，以及所产生的手性电场热点增强在手性结构分子探测方面的应用。在总结前期工作的基础上，我们设计了三种不同的杂化等离激元手性结构，用于探索三方面的问题：.1）研究探索反射式杂化结构中实现较强电磁诱导透明的条件，结合材料与空间排布对称性，探索具有较大手性响应的二维结构的一般设计原则；.2）研究手性结构表面电荷分布、能流以及能流分布特征，建立手性热点强度与空间分布特性同微观结构参数之间的一般性设计原则和优化途径；.3）通过电磁超构表面的结构差异调整，研究其共振时手性谱线的线型、线宽、不同频率的耦合机制以及

目前在表面等离激元微纳光子学研究中的一个重要挑战是动态调控手性研究。在本项目中，我们研究石墨烯等离激元和金属等离激元微纳结构中的磁电模式耦合。在耦合模式的基础上研究引入对称性破缺后，产生的光学手性效应。利用石墨烯等离激元共振波段的门电压可控特性，研究在不改变器件几何尺寸的前提下动态调控光学手性特性，以及所产生的手性电场热点增强在手性结构分子探测方面的应用。在总结前期工作的基础上，我们设计了三种不同的杂化等离激元手性结构，用于探索三方面的问题：.1）研究探索反射式杂化结构中实现较强电磁诱导透明的条件，结合材料与空间排布对称性，探索具有较大手性响应的二维结构的一般设计原则；.2）研究手性结构表面电荷分布、能流以及能流分布特征，建立手性热点强度与空间分布特性同微观结构参数之间的一般性设计原则和优化途径；.3）通过电磁超构表面的结构差异调整，研究其共振时手性谱线的线型、线宽、不同频率的耦合机制以及耦合强度与电磁超构表面之间的联系，以及实现窄带、多波段、宽带手性响应的方法。.本项目的工作可以为石墨烯动态调控手性等离激元结构的研究开辟出新的思路，提升其作为手性结构分子检测基底的效率与性能，为实现与现代硅基CMOS器件接轨的关键科学与技术问题提供研究基础的实验方法。