基于表面等离子体共振效应的金属/Cu2O微纳结构光学性质研究

Cu2O的发光和光吸收性质的研究是设计高性能Cu2O光伏电池、光电传感器等光电器件的重要基础。金属纳米结构的等离子体共振效应可显著增强金属/半导体微纳结构的发光等光学性质。目前基于金属纳米结构的表面等离子体效应增强金属/半导体微纳结构的光致发光和光吸收性质的研究已成为国际研究的热点。本项目的目的是通过研究金属纳米结构的表面等离子体共振效应对金属/Cu2O微纳结构的光致发光和光吸收性质的影响，深入理解基于表面等离子体共振效应的金属/Cu2O微纳结构光学性质增强的物理机制并给出其物理过程。利用申请人所在实验室的显微共聚焦激光拉曼光谱仪、光致发光谱仪、紫外/可见/近红外分光光度计以及物理所纳米物理与器件实验室的相关测试系统等先进的实验仪器，设计完成基于金属纳米结构的表面等离子体共振效应的金属/Cu2O微纳结构的光致发光和光吸收性质的实验并对其进行深入研究。

本项目设计了几种简单的液相生长方法，通过控制晶体生长条件的动力学和热力学过程，研究了生长条件对金属Ag和半导体Cu2O微纳结构的尺寸、形状的影响，研究了生长条件对金属/Cu2O微纳结构构筑的影响。用XRD、SEM、TEM研究了Ag和Cu2O微纳结构的结晶特性和微观性质。用消光光谱和电子能量损失谱（EELS）技术研究了Ag纳米结构的表面等离子体共振特性。用拉曼光谱技术和太赫兹光谱技术研究了Cu2O微纳结构的光学性质。研究了Au/Cu2O微纳结构的拉曼及光吸收性质。取得的主要成果有：（1）设计了两种简单的液相成方法成功制备出Cu2O空心微纳米球、实心微纳米球、正方体、正八面体、和五十面体微纳结构。（2）首次成功制备出具有纳米尺度双壁结构的Cu2O空心球纳米结构。（3）采用太赫兹光谱技术，首次观察到Cu2O空心球的横模（TO）和纵模（LO）两个强声子共振峰；同时，首次在TO和LO模之间观测到禁锢的表面光学（SO）声子振动模。（4）首次采用拉曼光谱技术，观测到Cu2O微纳米球拉曼光谱禁锢的红外振动模式，阐明了Cu2O微纳米球微观结构与拉曼光谱禁锢的红外振动模式的产生机制，揭示了Cu2O微纳结构的微观结构的缺陷导致晶格对称性的破坏，从而激活了拉曼禁锢的红外振动模式物理机制。（5）利用多羟基分解过程首次成功制备出具有非对称结构的一维胡萝卜状Ag纳米结构。利用消光光谱和电子能量损失谱（EELS）测定了纳米结构的多级表面等离子体共振四级谱。采用消光光谱技术观测到一维胡萝卜状Ag纳米结构的二级模表现出明显的红移。采用电子能量损失谱，首次研究了非对称一维胡萝卜状Ag纳米结构等离子体共振特性，首次观测到非对称一维胡萝卜状Ag纳米结构的EELS成像中，共振等离子场的非对称分布和共振节空间沿纳米结构尾部的压缩，具有与一维对称结构截然不同的对称分布特性。（6）设计出合适的生长技术，构建了Au/Cu2O壳核微纳结构，研究了Au/Cu2O壳核微纳结构的光吸收和拉曼散射光学性质。