電磁場(chǎng)是現(xiàn)代信息傳輸和處理的載體，其發(fā)射、調(diào)制和探測(cè)科學(xué)與技術(shù)一直是科學(xué)界關(guān)注的重要問(wèn)題，有著廣泛的應(yīng)用背景。太赫茲和中遠(yuǎn)紅外波段電磁場(chǎng)科學(xué)與技術(shù)是當(dāng)前熱點(diǎn)，而作為軍用和民用技術(shù)融合很強(qiáng)的研究領(lǐng)域越來(lái)越受關(guān)注。針對(duì)器件集成化和微納化的要求，如何將太赫茲和中遠(yuǎn)紅外波段電磁場(chǎng)有效地局域到微納器件的工作區(qū)域，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靈敏、室溫工作的調(diào)制和探測(cè)成是一大挑戰(zhàn)性。我校電子與信息工程學(xué)院鄧少芝教授領(lǐng)導(dǎo)的“微納結(jié)構(gòu)電子光子與器件”研究團(tuán)隊(duì)于近期在二維原子晶體的中遠(yuǎn)紅外波段電磁場(chǎng)局域研究中取得重要進(jìn)展。
該團(tuán)隊(duì)的研究組提出采用規(guī)則幾何納米結(jié)構(gòu)和摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)在納米尺度上的精確局域化和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了單層石墨烯規(guī)則幾何納米結(jié)構(gòu)剪裁中紅外電磁場(chǎng)在單原子二維平面的局域分布、波長(zhǎng)與強(qiáng)度調(diào)控。通過(guò)構(gòu)建單層石墨烯規(guī)則幾何納米結(jié)構(gòu)，利用邊界對(duì)表面等離激元波的反射，形成多重干涉效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)10.7 μm入射波的光場(chǎng)局域化，并且通過(guò)納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀調(diào)控其空間分布，結(jié)果以封面文章發(fā)表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通過(guò)對(duì)單層石墨烯進(jìn)行硝酸根化學(xué)摻雜，實(shí)現(xiàn)了單層石墨烯表面等離激元強(qiáng)度提高了約2倍、波長(zhǎng)由150 nm提高到了280 nm，結(jié)果以背封面文章發(fā)表在Nanoscale 2016, 8, 16621上。
該團(tuán)隊(duì)的研究組還發(fā)現(xiàn)了二維層狀范德華α-MoO3晶體的中紅外雙曲聲子極化激元效應(yīng)，將聲子極化激元體系推廣至半導(dǎo)體。二維層狀α-MoO3晶體具有豐富的光學(xué)聲子模式，該研究揭示了它們能夠與中紅外電磁場(chǎng)進(jìn)行有效地耦合激發(fā)聲子極化激元，從而實(shí)現(xiàn)二維平面上高度的電磁場(chǎng)局域。另外，該研究利用α-MoO3晶體較大的層間間距，通過(guò)金屬離子插層的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其聲子極化激元的傳播調(diào)制以及“關(guān)閉”。研究結(jié)果以扉頁(yè)文章發(fā)表在A(yíng)dvanced Material 2018, 30, 1705318上。
基于二維原子晶體的中紅外波段光場(chǎng)局域和剪裁
上述結(jié)果對(duì)普遍關(guān)注的如何實(shí)現(xiàn)低損耗、可調(diào)諧的極化激元效應(yīng)等前沿問(wèn)題提供了新思路，為二維原子晶體材料在中紅外波段納米光子和光電子器件的應(yīng)用提供了重要的實(shí)驗(yàn)參考和技術(shù)儲(chǔ)備。
上述研究工作主要由陳煥君教授、鄧少芝教授、許寧生教授、鄭澤波博士完成，工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、廣東省杰出青年基金和光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)類(lèi)自主課題經(jīng)費(fèi)等支持。
論文鏈接：
Light: Science & Applications 2017, 6, e17057：https://www.nature.com/articles/lsa201757
Nanoscale 2016, 8, 16621：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/nr/c6nr04239b
Advanced Material 2018, 30, 1705318：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201705318
