固体表面极化激元的能量传递与调控

表面态及表面工程是凝聚态物理与器件应用中重要的研发前沿。表面等离子体极化子（Surface Plasmon Polariton）和表面声子极化子（Surface Phonon Polariton）已经显示出许多特有的性质和特征，而这些特性意味着它们广泛的应用开发潜力。这两种表面极化子都具有可受光子和表面几何尺寸调控以及强局域场效应。通过对电子、声子和光子的相互作用所形成的表面态的极化激元的能量传递方式及过程以及调控，无疑对研发由表面极化基元所构成的新一代光电与光热电器件至关重要。在本项目中，我们将采用衰减全反射（ATR）和光学泵浦-探测超快检测技术在设定表面研究极化子，尤其是声子极化子的形成、传播和调控。特别感兴趣的是界面间倏逝波耦合或近场耦合的能量传递与传递方式；进一步理解和掌握极化子的时域和频域特性，进而调控他们的行为机理并用于指导新型器件的设计；探索减少或限制等离子体损耗的机理。

表面等离子体极化和表面声子极化子已经显示出许多特有的性质和特征，是凝聚态物理与器件应用中重要的研发前沿。这两种表面极化子都具有可受光子和表面几何尺寸调控以及强局域场效应。通过对电子、声子和光子的相互作用所形成的表面态的极化激元的能量传递方式及过程以及调控，无疑对研发由表面极化基元所构成的新一代光电与光热电器件至关重要。本项目中，针对薄膜太阳能电池，光催化制氢和超级电容器等应用领域中的材料结构特性，设计和制备相应的微纳结构，研究其界面和近场耦合的能量传递与传递方式，及其行为机理的调控，探索减少或限制等离子体损耗的机理，并用于指导新型器件的设计等。.项目采用多种化学和物理的方法合成或制备了纳米金属薄膜，并对纳米金属薄膜的尺寸、形状、排列进行了一系列的调控。通过光学测试，研究了纳米金属薄膜的表面等离子体共振频率与尺寸、形状等结构参数的关系，为提高等离子体共振信号并测量能量通量积累了一定的经验。同期还利用数值计算的方法，设计并优化了纳米金属薄膜的结构，发现利用纳米金属薄膜的表面等离极化子可以在介质表面上实现有效的能量传递。利用多孔阳极氧化铝为模板，在表面很平滑的硅衬底或PDMS或金属纳米结构上通过溅射/热蒸发和后退火的办法，得到了粒径大小从几十到几百纳米可调的银纳米粒子阵列，从而研究了纳米金属粒子在室温下的等离子体共振行为。为了研究银纳米粒子在不同温度下的等离子共振行为，需要在不同温度下对其进行光学测试。但是由于在高温情况下，纳米粒子由于可以获得很高的热能，极易在团聚长大，造成粒径的显著变化。为了得到在不同温度下尺寸可控的银纳米阵列，考虑应用图形化多孔氧化铝衬底的局域尺寸来实现在高温下对纳米粒子的限制作用。项目的主要特点表现在微纳结构的制备上，更加趋向于器件应用中能够采用的制备技术。在能量吸收与转换在太阳电池，光催化，超级电容器中等器件中都获得了预期的结果。发表论文15篇，申请发明专利1项并已授权。项目执行过程中培养了博士生2名，硕士生4名，并取得一定的成绩。.声子极化子的激发与探测，尤其是表面等离子体极化和表面声子极化子的耦合是立项时最为感兴趣课题。在多层介质表面的声子能量，通过极化子向电子的转移，热离子激发，纳米结构的温度表征等方面已有初步结果，为下一步工作奠定了基础。