旋转对称表面等离激元结构中极端局域光场的准正则模式分析

金属微纳结构中表面等离激元能够将自由空间光场局域到亚波长甚至纳米尺度,增强光与物质相互作用等各种物理过程,为等离激元光学在诸多领域带来诱人的应用.然而,目前对表面等离激元光学模场的局域性定量描述仍主要基于直观的空间几何尺寸确定的模式体积,并常被用于刻画模场与物质相互作用的强度.本文基于准正则模理论发展了表征表面等离激元结构中光场局域的理论描述方法,并针对两类典型结构的表面等离激元共振进行了系统的模式分析.结果显示表面等离激元共振可由多个本征模式构成,观察到的光场局域是所有模式共同作用的结果,只有当共振对应单一模式时可以用该本征模式的模式体积描述光场局域.最后,基于上述结果,本文探讨了极端局域光场和近来出现的“皮米腔”的光场局域本质.

隧道电子和局域场对固液界面纳米区域反应的影响——控电位下的Si(111)表面的STM诱导纳米刻蚀

隧道电子和局域场对固液界面纳米区域反应的影响①——控电位下的Ｓｉ（１１１）表面的ＳＴＭ诱导纳米刻蚀谢兆雄＊蔡雄伟施财辉毛秉伟田昭武（厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室物理化学研究所化学系厦门３６１００５）扫描隧道显微技术（ＳＴＭ）目前已成为纳米加...

一维光子晶体缺陷模局域场强的分布特征

用特征矩阵法研究不同结构缺陷光子晶体内部局域态场强的大小和分布特征。一维光子晶体缺陷模局域场一般以驻波的形式存在于缺陷内,局域平均场强的大小与光子晶体构形、缺陷的结构参数、周期数密切相关。在同样条件下,当缺陷模频率使光子晶体满足布拉格反射条件时,缺陷模局域场的强度达到最大值。结构参数相同时,缺陷模局域平均场强随周期数按e指数增加。研究结果对优化光子晶体的设计具有一定的参考作用。

铁电局域场增强低维材料光电探测器研究进展(特邀)

光电探测器在通讯、环境、健康和国防等日常生活及国家安全等领域中应用广泛。随着时代的发展,对光电探测器在灵敏度、响应速度及波长范围等方面的性能要求与日俱增。低维材料独特的电学及光电特性使其在光电子器件领域具有重要的应用前景。为了充分利用低维材料的优势,克服其暗电流大、吸收率低的不足,研究人员提出将铁电材料与低维材料结合,利用铁电材料的剩余极化作用形成强局域场调控载流子浓度以提高低维材料的光电探测能力。文中总结了近年来铁电局域场增强低维材料光电探测器的研究成果,介绍了铁电材料对一维纳米线、二维材料以及低维结型器件的调控和性能提升方面的相关研究。最后,对铁电局域场增强低维材料光电探测器的发展趋势进行了简要的总结和展望。

局域光场增强的量子阱红外探测器(特邀)

量子阱红外探测器是继碲镉汞红外探测器之后又一重要的可以在中、长波段和甚长波段工作的红外探测器件。它在长波红外探测、多色探测及其焦平面技术方面表现出比碲镉汞红外探测器更具特色的优势,对量子阱红外探测器的研究将在很大程度上推动我国红外探测器技术的发展。这一探测器的突出优势是其材料均匀性好,制备技术成熟。但是由于量子效率偏低,且无法直接吸收垂直入射红外光,所以需要针对不同的红外探测波段,设计和制备各类光栅或微腔结构来进行光耦合及局域光场增强以有效提升探测器性能。如何更有效提升量子阱红外探测器的光耦合效率,降低暗电流,提高器件工作温度是仍然是目前研究的重点。文中着重介绍和总结了近5年来研究的局域光场增强的新型量子阱红外探测器,从提高探测器光耦合效率、降低器件暗电流和提高工作温度等方面重点讨论各种量子阱红外探测器的新结构和新机理,同时展望了这一探测器的未来发展方向。

纳米金属-介质多层膜的局域场增强及透射特性研究

采用转移矩阵法(TMM)分析了纳米金属-介质多层膜的局域场增强效应及光选择透射特性。当满足波矢匹配条件,金属-介质-金属(MDM)膜中将激发产生体等离激元(BPP),BPP模的阶数与多层膜结构中的介质层数相同。BPP模激发时入射光与金属膜层的自由电子耦合,耦合作用使入射光透过金属层传输,透射率达到最大值,同时介质内的局域场也显著增强,且呈对称分布。

异质材料电磁特性及局域场增强效应研究

采用准静电模型仿真了两相异质材料的等效介电常数和局域场分布,结果表明,对于介质-介质型异质材料,三维模型等效介电常数仿真值与Bruggeman公式相符,并位于Hashin-Shtrikman上下界之间;异质材料内两相介电常数差异越大,其内局域场越强。对于由导电相和介质相构成的异质材料,仿真结果表明,异质材料内的电场分布受导电相填充比、形状和电导率等因素的影响;导电相导电性越好,其局域场增强现象越明显。

电子顺磁共振成像的微波局域场方法

报导了电子顺磁共振成像的微波局域场方法．在改进的自制小型顺磁共振谱仪上，给出了测试样品ＤＰＰＨ的二维电子自旋密度分布图像．使用退卷积算法和反向滤波图像处理技术，提高了分辨率．

CsPbBr_(3)光波导中激子局域场和复合速率的增强

将银膜和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及高增益的钙钛矿CsPbBr_(3)集成一个平面光波导,通过对体系的物理机理和光学特性研究,探索等离子体结构新应用的可能。实验结果表明,随着体系结构的改变,特别是对PMMA厚度的调制,发现局域在银膜和钙钛矿CsPbBr_(3)界面电磁场增强,使得CsPbBr_(3)激子的发光和辐射速率(Γ=τ-1)增强。我们用双指数衰减和描述系综衰减的延展模型分别进行了讨论,发现二者有较大的差别。采用双指数衰减拟合求寿命没考虑系综的限域效应和银/CsPbBr_(3)界面上传播表面等离极化激元(SPPs)引起的局域场增强,所以在自由空间拟合得到的平均荧光寿命τavg在30~25 ns范围,与先前报道结果接近。而用系综衰减的延展模型得到τavg在12~9 ns范围,荧光寿命显著变小即辐射速率增强。上述研究对开发表面等离激元发光显示器件和光物理基础研究提供了依据。

局域场关联和二维体系的不稳定性

本文采用STLS方法对超晶格的局域场关联(LFC)和稳态结构因子(SSF)进行了讨论.并在赫伯德(Hubbard)近似下得到了局域场关联GH(k,k_z)的表示式.探讨了超晶格等离子激元的色散和电荷密度波(CDW)的不稳定性,且给出了不稳定性区域的判据.

纳米尺度下的局域场增强研究进展

金属纳米颗粒的等离激元共振引起的局域场增强效应,对显微成像、光谱学、半导体器件、非线性光学等诸多领域都具有极大的应用潜力。尤其是在光学纳米材料领域,通过亚波长金属纳米颗粒与电介质的组合引起局域场增强效应,提高了纳米材料的光学性能,并促进纳米材料在光学领域的应用。本文主要综述几种常见纳米结构所产生的局域场增强效应及其应用,详细介绍并总结了金属纳米材料的不同结构参数与局域场增强的关系及局域场增强在非线性光学、光谱学、半导体器件等领域的应用。未来,随着对金属纳米材料的研究愈发深入,局域场增强的应用将更加广泛,这将对诸多领域的发展产生重要影响。

数字图像相关法测量局域变形场中形函数和模板尺寸的影响

数字图像相关法测量均匀变形场已被普遍接受,其测量结果可与应变片测量结果比较.然而,在工程测量中,针对局域变形场(应变高度集中,如波特文-勒夏特利埃带、试件缺口附近和裂纹尖端等),应变片受限于其尺寸,其测量结果是接触面内的平均应变值.此时,采用数字图像相关法能够测量这些局域变形场.但形函数和模板尺寸等计算参数对计算结果影响很大,这也导致使用者很难判断计算结果的可靠性.论文通过对合金拉伸实验获得的不同应变梯度的波特文-勒夏特利埃带和模拟生成的带的计算分析,发掘了形函数和模板尺寸作用于计算结果的深层机制,证明了二阶形函数比一阶形函数更适用于高度非均匀的局域变形场.提出了在局域应变场测量中,当一阶和二阶形函数计算结果的相对误差小于10%时,二阶形函数的结果是可靠的判据.

利用矩形金属周期阵列实现局域电场的增强和共振波长的可控

基于表面等离激元共振（SPR）的原理,设计了一种具有矩形凹槽周期阵列微结构的金属增强基底。利用有限元方法对基底表面附近电场的分布进行了理论模拟分析,结果表明在SPR共振情况下,其凹槽微结构坑口处可得到强局域场,局域电场强度Emax/E0可达20。通过改变结构的周期、凹槽长度l、宽度w以及环境介质,SPR共振峰发生规律性的移动,波长覆盖范围为500~1 000nm。入射光沿x方向偏振的情况下,随着结构x方向周期Px的增加,SPR共振峰明显红移。当入射光波长与Px相当时,观察到凹槽内局域电场突然减小的现象。这是由于满足了波矢匹配条件,传播型SPP被激发导致的。改变凹槽长度l,发现共振波长随l的增加红移,近似呈线性关系。环境介质折射率的增加也会引起共振峰的红移。而凹槽宽度w的增加将导致其蓝移。这种规律性的移动为实现共振波长的调控提供了途径。受Jain研究报道的启发,矩形凹槽结构可以等效为两对偶极耦合模型的组合,从而解释SPR共振峰随结构参数变化而发生的移动。

局域交换场和电场调控的锗烯纳米带自旋过滤效应

基于非平衡格林函数方法,理论研究了Z轴方向局域交换场和电场对锗烯纳米带中电子自旋极化输运性质的影响.结果表明对锗烯的边缘区域施加强度大于其2倍有效自旋轨道耦合强度的交换场,可使自旋向上和向下电子的能带在不同的能量区间产生带隙,从而实现对不同自旋取向电子的100%过滤.提出了一种利用电场辅助降低自旋过滤效应所需阈值交换场强度的方法.研究表明,同时对中心器件区域施加局域交换场和电场,可以在小于有效自旋轨道耦合的弱交换场强度下,在较大的能量窗口区域过滤自旋向上或向下的电子.增大局域交换场强度,自旋过滤效应所对应的能量区间显著增大.

碲镉汞红外光电探测器局域场表征研究进展(特邀)

碲镉汞材料(HgCdTe)是第三代红外探测系统中使用的重要探测材料,其发展水平能基本反映当前红外探测器最优性能指标。近年来,天文、遥感和民用设备对探测器性能提出了更高的要求,这对HgCdTe红外探测器的设计和制备提出了新的挑战。HgCdTe红外探测器更精细的设计和加工技术为提高HgCdTe红外探测器性能提供解决思路。抑制器件的有害局域场、调控器件的有益局域场可以实现器件性能进一步的突破。但是,如何对HgCdTe光电器件局域场进行表征与分析,澄清HgCdTe光电器件中局域场相关的噪声及暗电流起源,是推动器件性能突破需解决的重要关键科学与技术问题。文中将总结HgCdTe红外光电探测器局域场表征与分析的研究进展,为新一代HgCdTe红外光电探测器发展提供基础支撑。

低维纳米材料异常红外性能的局域电场诱发机理研究

低维纳米材料具有异常的红外性能,其本质与纳米材料的尺度、结构、与外场的相互作用等密切相关.本文利用电偶极子间相互作用近似计算了多粒子体系纳米粒子间的局域电场,表征了球形纳米粒子表面及附近局域电场随粒子半径R的变化,以及CO分子吸附于球形纳米粒子表面时的受力及分布情况.结果在一定程度上诠释了低维纳米材料异常红外性能的本质.

不同方向局域交换场对锡烯自旋输运的影响

利用非平衡格林函数方法,理论研究了多种组合形式的局域交换场对锡烯纳米带自旋输运性质的影响.研究表明锡烯自旋相关电导、边缘态和体能带都显著地依赖于不同区域交换场的方向和强度.在[Ⅰ:±Y,Ⅱ:+Z,Ⅲ:±Y]方向交换场的共同作用下,边缘态受Y方向交换场影响形成带隙,禁带宽度与交换场强度M成正比,在-M <E<M能量范围电导值为0.对上下边缘区域同时施加+Z或-Z方向的交换场时,边缘态和体能带都发生较强的自旋劈裂,自旋向上和向下能带沿相反方向向高能量区域移动,增大交换场的强度电导自旋极化的范围将从高能量扩展到低能量区域.当交换场方向为[Ⅰ:±Z,Ⅱ:±Y,Ⅲ:±Z]时,低能区自旋相关的电导保持电子空穴对称性,不同交换场强度条件下,自旋相关电导都在相同的能量范围-λ<E<λ保持电导平台G_(σ)=e^(2)/h.

局域场增强石墨烯近红外光电探测器(特邀)

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质(零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调)使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势,并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足,研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果,介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点,进一步介绍了双吸收层局域场增强器件,对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介,对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。

基于局域场近似的氮气正电晕放电仿真

在研究正电晕放电问题时,大部分学者建立数值模型时引入电子能量方程,而加入电子能量方程之后需要包含比较全面的粒子间相互反应,这样大大降低了计算效率。研究在纯氮气中建立了基于局域场近似的正电晕放电二维仿真模型。通过仿真得到的电子密度分布以及空间场强分布可以用经典的流注理论解释;改变初始电子浓度大小、外施电压以及棒电极形状得到的结论符合实验规律。证明了在粒子反应相对较少的气体如氮气中采用局域场近似进行的仿真能够很好地满足物理客观事实。至于反应复杂的混合气体电晕放电是否也能使用局域场近似还需要进一步验证。

基于范德华材料的偏振探测器及性能增强方法(特邀)

随着高分辨率成像、信息通信、量子计算等先进技术对光电探测精度和效率的需求日益增长,偏振光探测作为光电技术的一个重要分支,正面临着前所未有的挑战和机遇。本文全面综述了基于范德华二维材料的偏振光电探测技术的最新进展,尤其聚焦于通过表面等离激元、铁电场调控以及转角材料等三种先进策略来显著提高偏振探测性能的创新方法。表面等离激元技术通过局域和传播等离激元共振增强光与材料的相互作用,显著提升了偏振探测的灵敏度和选择性。铁电场调控利用铁电材料的自发极化和局域电场,有效调节探测器件的载流子浓度和光电性能,为实现高效率和低能耗偏振探测提供了新的途径。转角材料通过调整双层二维材料之间的相对角度,引入电子结构和光学性质的可调控性,开辟了偏振探测新领域。最后展望了这些策略在未来偏振光电探测技术发展中的应用前景,强调了材料科学和微纳加工技术的综合应用将为实现高性能偏振探测器件提供强大的支持。