纳米多孔金属-半导体复合材料在太赫兹波段的光学特性研究

Terahertz (THz) waves are between the microwave and infrared regions，which is the transitional region from classical physics to quantum theories and from electronics to photonics. In contrast to optical radiation, which predominantly interacts with valence electrons, THz waves (photon energy of ~4 meV at 1 THz) allow direct access to numerous low-energy excitations such as molecular rotations, lattice vibrations, spin waves and internal excitations of bound electron–hole pairs. . To realize the function of THz wave, some special materials are needed to control the amplitude, phase, polarization and propagation. In this project, we plan to construct metal-semiconductor hybrid materials utilizing nanoporous metals as matrix, and then systematically investigate the influence of pore size, substrate refraction and electron index on the absorption, penetrate, emission and enhancement of THz wave, by controlling the elements, size and feature of the three dimensional hybrid materials.

太赫兹（Terahertz，THz）波介于微波和远红外光之间，是从宏观经典理论向微观量子理论、电子学向光子学的过渡领域。其光子能量低（1 THz 约为4 meV), 可对一些低能量辐射，包括分子转动、晶格振动、磁子以及电子-空穴的相互作用等进行探测。.实现THz各类功能器件需要能对其振幅、相位、偏振以及传播实现控制的特殊材料，而其所在的波段导致这些往往不能通过现有自然材料的本征物理性质获得。本项目拟以多孔金属材料为基础，利用其三维无序双连续结构，（例如，其表面等离子体共振峰虽孔径尺寸从可见光波段到红外光波段可调，双连续孔径结构即使良好导体又是有效的沉积模板，易于进行介电特性调控。）通过调控多孔结构本身和基底材料的元素成分、尺寸和构形系统地研究孔径大小、基底的折射、物质介电常数等对金属-半导体复合材料在THz波段光的吸收、透过、发射及增益的光学特性。

太赫兹（Terahertz，THz）波介于微波和远红外光之间，是从宏观经典理论向微观量子理论、电子学向光子学的过渡领域。其光子能量低,可对一些低能量辐射，包括分子转动、晶格振动、磁子以及电子-空穴的相互作用等进行探测。 实现THz各类功能器件需要能对其振幅、相位、偏振以及传播实现控制的特殊材料，而其所在的波段导致这些往往不能通过现有自然材料的本征物理性质获得。.本项目以三维双连续多孔结构为基础，选择不同半导体基底材料(MoS2、CdTe、WTe2)，通过调控表面等离激元基底材料的成分与结构，系统地研究了基底成分、纳米结构尺寸、半导体材料性质、入射光的角度等一系列因素对THz发射增益的影响。结果表明银基等离激元以及具有多级纳米结构的表面等离激元对半导体材料的THz辐射表现出更好的增强效过。此外，基底对于非线性有机晶体材料（DAST）的二次谐波也表现出极强的增益效过。通过载流子动力学的研究，分析并且探讨由于非线性效应产生的非线性电流、内建电场引起的漂移电流和光致丹柏效应引起的扩散电流分别对于太赫兹增强的贡献比例。多孔金属基底的表面等离激元可以有效的增强基于光电流效应的材料辐射出更强的太赫兹波。这为制备更加紧凑的太赫兹源提供了新的方案，也为开发新型光学元件提供了可选材料。