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杨国伟教授研究组在全介质纳米光子学器件研究中取得重要进展

文章录入:叶芍君 文章编辑:叶芍君 点击数:3613 更新时间:2017-07-17

杨国伟教授研究组在全介质纳米光子学器件研究取得重要进展,他们在国际上首次实现了第一个电调控全介质纳米光子学天线,相关成果于77日在线发表在国际纳米科学重要学术刊物Nano Letters(SCI影响因子12.7

在纳米光子学领域,电调控作为最重要的主动调控方式在实际应用中具有重要的意义。电对光学响应以及共振频率的主动调控为纳米尺度光信号调制和处理器件的实现带来了可能。近年来,电调控纳米光子学器件已经在贵金属等离激元超材料中得到了实现,其中半导体门电压控制、二维材料场效应管控制、电驱动形变等被认为是主要的电调控方式。然而,如何实现对一个纳米颗粒进行电调控以及如何引入新的机制并实现更加有效的电调控仍是纳米光子学器件研究中的挑战性课题。此外,由于贵金属等离激元材料高损耗模式单一的缺点,人们开始探索用全介质材料来替代或超越贵金属等离激元材料。针对以上问题,最近,杨国伟教授研究组的严佳豪博士生通过前期的全介质纳米材料与纳米结构的光子学研究(Nature Communications 6 (2015) 7042ACS Nano 9 (2015) 2968; Light: Science & Applications 6 (2017) e16197),首次实现了在可见光波段对单个高折射全介质硅纳米颗粒的光散射进行电调控。他们通过将“自上而下”的纳米结构制备和“自下而上”的自组装相结合,成功组装出叉指电极搭载的单个硅纳米颗粒(一个纳米光子学天线)。他们观察到经由叉指电极在硅纳米颗粒两端施加01.5伏的电压,纳米颗粒的光散射峰会历经明显的峰位蓝移和强度衰减。同时在理论上,他们证明足够高的电场强度会在MIS(金属-绝缘体-半导体)界面形成电荷累积和电荷反转层,进而极大地改变界面处硅纳米颗粒的载流子浓度。基于Drude模型,载流子浓度的改变带来纳米颗粒折射率的改变,最终实现电对光学响应的调控。这一重要发现不仅揭示了单个全介质纳米颗粒电对光调控的物理机制,而且为设计基于全介质纳米结构的光子学器件提供了可行的方案

本研究得到了国家重大科学研究计划和中山大学光电材料与技术国家重点实验室的大力资助

论文连接:http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.7b01566

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文章来源:http://mse.sysu.edu.cn/node/774