大面积分布双负折射率材料的制备研究

This project was put forth for the purpose of study large area fabrication and application in visible regime of negative refractive index (NRI) materials. Heavy-ion accelerator will be employed to bomb the substrate firstly, then using wet chemical etching to obtain nanohole array. After that, using plating, thin film coating, and lift-off techniques to derived the final real NRI materials. Large area distributed sandwich nanostructure array can be obtained by use of the heavy-ion bombardment. Characterization of the NRI materials will be carried out using AFM, SEM, and NSOM as well as Raman spectroscope. Finally, imaging experimental will be done for the high resolution imaging beyond diffraction limit. Overall contents can be divided into four parts: design, fabrication, characterization, and imaging. It will breakthrough the bottleneck of fabrication of NRI materials working in visible wavelength, and open a wide applications in superimaging, propagation and sensing. Meanwhile, it is important for the study of nanophotonics, and can realize rapid transition from fundamental study to practical application. It definitely has potential market value in future.

该项目旨在研究大面积分布的人工双负折射率材料的制备技术及其在可见光波段成像中的应用。具体方法是首先利用兰州重离子加速器的宽束重离子轰击基底材料并经化学腐蚀处理获得纳米孔阵列结构，然后采用金属镀膜形成阳极板，再结合电化学生长技术、镀膜及金属剥离技术得到金属-介质-金属的三明治夹心结构。由于采用宽束重离子加速器轰击基底材料，因而可获得大面积分布的纳米孔阵列结构。然后利用原子力显微镜、近场扫描光学显微镜和光谱仪等手段对制备的双负折射率材料进行表征。最后通过近场成像实验获得超分辨成像，即空间分辨率突破衍射受限的成像。研究内容分为双负折射率材料的优化设计、制备、表征、及成像四个部分。该方法的实现将突破目前大面积可见光波段双负折射率材料的制备难题，研究成果将意味着光学领域的一个新的突破，对纳光子器件在超分辨成像、传播及传感等领域的应用具有重要的意义；同时可加速纳光子器件的研究尽快走向实际应用。

本项目以负折射率材料的研究为背景提出了大面积分布双负折射率材料的研究，旨在研究大面积分布的人工双负折射率材料的制备技术及其在可见光波段成像中的应用。具体方法是首先利用兰州重离子加速器的宽束重离子轰击基底材料并经化学腐蚀处理获得纳米孔阵列结构，然后采用金属镀膜形成阳极板，再结合电化学生长技术、镀膜及金属剥离技术得到金属-介质-金属的三明治夹心结构。由于采用宽束重离子加速器轰击基底材料，因而可获得大面积分布的纳米孔阵列结构。然后利用原子力显微镜、近场扫描光学显微镜和光谱仪等手段对制备的双负折射率材料进行表征。最后通过近场成像实验获得超分辨成像，即空间分辨率突破衍射受限的成像。研究内容分为双负折射率材料的优化设计、制备、表征、及成像四个部分。研制出了具有实用意义的具有双负折射率特性的材料样品，空间分辨率在突破衍射受限的基础上进一步提高，理论上空间分辨率在可见光波段530~750纳米范围达到l/4。该方法的实现突破了目前大面积可见光波段双负折射率材料的制备难题，研究成果将意味着光学领域的一个新的突破，对纳光子器件在超分辨成像、传播及传感等领域的应用具有重要的意义；同时可加速纳光子器件的研究尽快走向实际应用。