表面等离激元纳米结构与器件的研制与高空间分辨表征

运用微纳加工技术制备新型表面等离激元（Surface Plamon Plaritons （SPP））纳米结构与器件原型，运用自行研制的高空间分辨的近场光学显微镜（室温与低温环境）与近场局域光谱等技术，在纳米尺度上操纵与研究半导体纳米线、光学波导等的光学性质。探测样品表面几何特征，表面波的形成与传播，表面光散射，荧光与发射光谱及光的位相和偏振特性。利用表面等离基元偏振在金属－介质体系中纳米光波导中传播的性质，研究集成光路的原型器件，探讨其和微集成电路系统结合，制成集成纳米光子-电子线路的可能性。利用有限时域（FDTD）方法模拟提高光在SPP波导中的耦合与传播效率，纳米光学天线的工作机理。结合高分辨光学近场的成像与近场光谱技术，揭示表面等离激元器件中电磁场的传播、耦合、增强等基本物理问题，探索半导体量子阱、量子线等构成的微器件中的发光机理。

表面等离激元学是局域电子的集体振荡导致在金属与介质表面的共振现象，纳米尺度结构与表面等离激元（SPP）相互作用产生的新奇物理现象。.我们研制了新型表面等离激元纳米结构与器件原型，运用自行研制的高空间分辨的近场光学显微镜与近场局域光谱等技术，进行了表面波的形成与传播、SPP纳米结构器件等研究。.在SPP在金属纳米结构中的聚焦增强、相位调制、法诺共振等基本特性，并利用纳米光学天线和经典传输线理论，实现SPP增强波导等方面取得成果：.纳米结构中的法诺共振新形式：首次在对称破缺的银纳米圆盘结构中观测到可见光波段的法诺共振(Fano resonance)现象，并证实了这种SPP的共振模式.纳米天线与银纳米线间SPP的耦合和增强：利用传输阻抗匹配原理和高精度微纳加工，有效地改进了光与SPP的耦合，获得SPP发射强度达45倍增强.不同可见光频段可调宽角度表面等离激元吸波器：由于周期性结构激发SPP，导致吸收峰的劈裂。运用围绕理论分析，进行的解析计算，提出用于宽角度宽光波段的SPP吸波器，对于发展光收集器件以及热发生器具有重要意义。.SPP诱导二硫化钼单层结构相变：MoS2单层的2H结构相的MoS2具有半导体特性，而1T相的MoS2则呈现出金属性，具有特殊的光电性质。用SPP在衰减过程中产生的热电子成功实现了MoS2单层局域2H到1T的可逆结构相变， .新型二维平面材料SPP研究：将SPP和graphene/MoS2等新型二维平面材料相结合，研究并开拓了二维平面材料SPP研究领域,有效的增强石墨烯在中红外波段的光吸收，使吸收率从低于3%增加到30%.与国外学者合作，研究了石墨烯表面等离激元学( Graphene Plasmonics)，利用金属纳米天线实现石墨烯增强光电探测，及利用SPP在衰减过程中产生的“热电子”实现对石墨烯的有效电掺杂过程。.阿基米德螺旋微纳结构中的SPP聚焦性质：利用FDTD模拟并与SNOM检测结合，证明了利用相位分析阿基米德螺旋结构聚焦效应的有效性.利用不同螺距及不同圆偏振光的照射下,探测到了相应的涡旋光场。.完善了扫描近场光学显微镜,获得中国专利授权两项。.在国际重要期刊Adv Mater, Nano Lett, Phys Rev B, Appl Phys Lett, Plasmonics发表成果。.项目组成为在纳米光学和表面等离激元学领域有国际影响的团队