Al纳米颗粒高频局域等离激元效应对BCzVBi深蓝光有机发光器件发光效率的影响

蓝紫光有机电致发光器件难以提升发光效率.本文以BCzVBi作为深蓝荧光材料,把Al纳米颗粒引入ITO/:PEDOT:PSS/TAPC/BCzVBi:BCPO/TmPyPb/Liq/Al有机发光器件的TmPyPb电子传输层,尝试用A1纳米颗粒的高频局域等离激元效应来改善此问题.在室温真空蒸镀Al膜,厚度为1 nm时,形成尺寸在10 nm量级的分散纳米颗粒.将这种颗粒膜插入TmPyPb层内距离BCzVBi:BCPO发光层x=4,8,12 nm处,与没有Al层的对比器件相比,器件的电流密度和发光亮度都会因载流子迁移率变差而下降.但在x=8 nm,两者都显著回升.其机理可能在于,x<8 nm,会产生过强的荧光淬灭,而x>8 nm,到达Al颗粒的荧光衰减过多,又难以产生足够强的局域等离子体振荡.在x=8 nm,达到最大亮度的电压(9 V)没有变化,最大亮度从4200 Cd/m^(2)降到3500 Cd/m^(2),但电流密度也从335.19 mA/cm^(2)减小到145.71 mA/cm^(2),使得电流效率反而从0.88 Cd/A提高到2.36 Cd/A,从而把外量子效率提升了170%,效率滚降比则从78%降到30.5%,压减61%.在电流密度高达270 mA/cm^(2)时,电流效率和外量子效率也能提升66.5%.这些结果表明,Al纳米颗粒高频局域表面等离激元确实能够有效增强深蓝光有机发光二极管的发光性能.

局域表面等离激元增强的MoS_(2)光电探测器研究

为了提升2维MoS_(2)光电探测器的响应度、响应速度和响应光谱范围,利用电化学工作站向MoS_(2)块体中插入四庚基阳离子,采用超声辅助剥离工艺获得了高质量的多层MoS_(2)纳米片,并通过旋涂方法制备MoS_(2)光电探测器,在MoS_(2)纳米片上修饰具有双重等离激元共振模式的金纳米棒(Au NRs)来增强入射光与光吸收层的相互作用,提升其光电探测性能与宽光谱响应能力。结果表明,MoS_(2)/Au NRs光电探测器的响应度从2.4×10-3 A/W提高到0.484 A/W,响应时间从50 ms提升到20 ms。上述工作对于简化光电探测器的制备流程,优化新型光电探测器的结构,扩展探测器的可探测光谱范围具有重要意义。

银纳米颗粒局域表面等离激元增强型Sb2S3光伏器件的模拟研究

当入射光与金属纳米颗粒相互作用时,会在颗粒表面引发局域表面等离激元共振,这一效应能够显著增强近场强度。这种增强作用可以有效提高Sb2S3材料的激发态密度,从而加强光伏器件对入射光的吸收能力,并进一步提升其光电转换效率。此外,金属纳米颗粒的引入还能利用前散射效应增加入射光在光吸收层内的传播路径,进一步增强光吸收。基于这些原理,本文设计了一种新型的Sb2S3光伏器件,其中集成了银纳米颗粒以实现局域表面等离激元的增强效应。选择银纳米颗粒是因为其成本较低且制备相对容易。所设计的器件结构为FTO/ZnO/CdS/Sb2S3/C/Au。为了深入了解器件的性能,我们采用时域有限差分法进行了数值模拟。模拟结果展示了器件在不同平面下的电场分布以及其对不同波长入射光的吸收率曲线。模拟数据表明,银纳米颗粒的引入有望显著提升Sb2S3光伏器件的性能,为实验制备高效能的Sb2S3光伏器件提供了理论支撑和指导。

基于局域表面等离激元Ag/金刚石纳米结构增强NV色心的荧光

在纳米光子学中,提高量子点的荧光强度是一个需要迫切解决的难题,现如今金属纳米材料是一种很有前途的荧光增强材料。通过Ag纳米结构的局域表面等离激元效应提高金刚石氮空位(NV)色心的荧光强度,制备了不同的Ag纳米结构(Ag纳米柱阵列和Ag纳米层),探究其对NV色心的荧光增强效果。结果表明,Ag纳米柱阵列结构的加入可将金刚石NV色心的荧光强度增强2.30倍,Ag纳米层结构的加入可将其增强1.54倍。并且,采用时域有限差分(FDTD)法分析激发和发射两个过程发现,金刚石NV色心的荧光强度随着Ag纳米结构的加入显著提高,由此验证了实验中Ag纳米结构对金刚石NV色心荧光增强的效果。此研究结果为后续进行量子点光致发光器件的设计提供了一定的参考。

基于人工局域表面等离激元的高灵敏传感研究进展(特邀)

人工局域表面等离激元是一种基于表面等离激元超材料的电磁谐振模式,在微波、毫米波和太赫兹频段可实现深亚波长场束缚、高品质因子、高介电灵敏度等优异传感特性,并且与平面印刷电路工艺兼容,易于和信号检测电路、无线通信电路集成,因此在小型化便携式的物联传感领域展现出广阔的应用前景。本文重点介绍人工局域表面等离激元传感的新原理、相关技术及典型应用。在传感新原理方面,讨论了新型人工局域表面等离激元的谐振结构、电磁模式、以及涡旋波传感原理;在传感指标提升技术方面,探讨了模式间耦合和有源放大两种传感增强方法;在应用探索方面,回顾了人工局域表面等离激元在溶液浓度传感、细胞传感和力学量传感等方向的代表性工作,介绍了小型化人工局域表面等离激元传感系统的最新进展。最后,对人工局域表面等离激元传感的发展趋势进行了讨论和展望。

基于人工局域表面等离激元的液晶微波介电常数测量传感器

液晶材料在微波频段具有良好的调制特性,在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求,提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构,在sub-6 GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场,能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合,能够得到对应的液晶的介电常数大小,从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小,谐振频点f_(1)和f_(2)都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5 mm时,谐振频点f_(1)和f_(2)随介电常数的变化具有良好的线性度,且具有高灵敏度(>400 MHz/Δε),远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时,本传感器结构可以在液晶层上下施加电场,从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量,在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。

基于表面等离激元的光学氢气传感技术

综述了基于表面等离激元(surface plasmon,SP)的光学氢气传感技术的研究进展,重点介绍了两种基于SP的测量方法,即局域表面等离激元共振法(localized surface plasmon resonance,LSPR)和表面等离激元共振法(surface plasmon resonance,SPR),继而阐述了基于这两种原理的传感器的测量方法、传感结构和传感特性。此外,回顾了现有的各种不同的光学氢气传感器,并介绍了它们各自存在的优/劣势。最后,强调了未来基于SP的光学氢气传感器的发展方向和重要挑战,如具备特异性和稳定性的特殊材料、不断发展与应用的新型纳米结构以及可以适应未来需求的多点式传感。

表面等离激元纳米球中量子和非局域效应对自发辐射动力学的影响

基于局域响应近似模型(LRA)、非局域流体动力学模型(HDM)、广义的非局域光响应模型(GNOR)和量子流体动力学理论(QHT),利用格林函数预解算子方法,研究钠金属球附近原子的自发辐射动力学特性.对于自发辐射增强谱,在LRA、非局域HDM和GNOR中,量子压力导致峰位蓝移,峰值急剧降小,而在QHT中,电子溢出导致峰位红移,峰值急剧增大.系统研究不同跃迁频率和偶极矩对自发辐射动力学的影响,当原子的跃迁频率与QHT下自发辐射增强谱的峰值相等时,不同模型下呈现出指数衰减和Rabi振荡的特征;而当原子跃迁频率远小于共振频率时,对较小的跃迁偶极矩,动力学均呈现出指数衰减.为获得表面等离激元-原子束缚态,QHT模型下的临界偶极矩最小,而HDM和GNOR模型所需的临界偶极矩最大.

表面等离激元与入射光共同作用下的金纳米结构近场调控

表面等离激元(surface plasmon polariton,SPP)激发纳米结构产生的局域等离激元(localized surface plasmon,LSP)具有更强的近场增强以及特殊的光谱和动力学响应,为探究光与物质相互作用提供了新的思路,然而目前对此方面的研究相对不足.本文利用时域有限差分方法研究由半圆环狭缝与金纳米棒组成的等离激元聚焦透镜复合结构在双光束激发下的近场特性.结果表明,通过调节双光束相对时间延时,可实现对复合体系中金纳米棒近场强度的灵活调控,并揭示出调控机制来自于SPP激发LSP与光激发LSP相干叠加.此外,研究表明在不同双光束延迟时间下,等离激元模式对应的去相位时间存在差异,可将其归因于两个模式在不同延迟时间下的耦合强度存在差异所致.该研究有望进一步促进等离激元在表面增强拉曼散射和等离激元远程催化等领域的应用.

局域表面等离激元对InGaN/GaN多量子阱发光效率的影响

Ag纳米粒子的形貌对InGaN/Ga N多量子阱(MQWs)的光致发光(PL)效率有着显著影响。本文采用离子束沉积(IBD)技术将Ag沉积在InGaN/Ga N MQWs上,然后通过快速热退火处理制备Ag纳米粒子。通过改变Ag的沉积时间获得了具有不同Ag纳米粒子形貌的样品。用原子力显微镜对各样品的Ag纳米粒子形貌和尺寸进行了表征,并且测试了吸收谱、室温和变温PL谱及时间分辨光致发光(TRPL)谱。结果表明:随着Ag沉积时间的延长,所得Ag纳米粒子粒径增大,粒子纵横比先增大后减小且吸收谱峰红移。由于不同形貌的Ag纳米粒子在入射光作用下产生的局域表面等离激元(LSPs)与MQWs中激子耦合强度不同,光发射能力也不同,与没有Ag纳米粒子的样品相比,沉积时间为15 s的样品室温PL积分强度被抑制6.74倍,沉积时间为25 s和35 s的样品室温PL积分强度分别增强1.55和1.72倍且峰位发生红移,沉积时间为45 s的样品室温PL积分强度基本没有变化。TRPL与变温PL的测试结果证明,室温PL积分强度的改变是由于LSPs与MQWs中的激子耦合作用引起的。纵横比大且吸收谱与MQWs的PL谱交叠大的Ag纳米粒子能够更好地增强InGaN/Ga N MQWs的发光。

局域表面等离激元场时空演化的相干控制

等离激元具有独特的物理特性,在许多研究领域得到了重要应用。目前,在微观尺度下等离激元与物质作用动力学演化的相干控制,正广受关注。本文分别模拟了入射光为单色连续光、正啁啾脉冲与负啁啾脉冲时,非对称金纳米十字结构的光学响应。发现当采用单色连续光照射时,纳米结构中热点的空间位置具有很好的稳定性,正啁啾脉冲时能够激发产生两种共振模式,并对等离激元场在不同结构位置的时间演化规律进行了分析。当采用负啁啾脉冲时,两种共振模式的激发顺序相反,实现了对等离激元时空演化的有效调控。该研究对于等离激元纳米器件设计和优化具有重要意义。

局域表面等离激元共振增强硅蓝光波段吸收特性研究

为增强硅的蓝光吸收,在硅表面设计银纳米颗粒阵列,基于局域表面等离激元共振效应对增强的硅蓝光吸收特性进行了分析研究。采用有限时域差分法计算银纳米颗粒阵列/硅复合结构中硅的蓝光吸收特性。结果表明:金属颗粒的消光能力与其几何参数有关,改变银纳米颗粒阵列的半径r、高度H与周期P可调控局域表面等离激元共振强度与共振频率,当银纳米颗粒阵列参数设定为:r=18.5 nm、H=45 nm、P=49 nm时,在共振吸收波长为465 nm的情况下,硅的蓝光吸收率由59%增加至94%,光吸收增益为0.57,光生载流子数目增益为0.53,分析认为是局域表面等离激元共振增强硅在蓝光波段的光吸收导致上述增益现象。本文的研究结果对了解局域表面等离激元效应,改善硅的蓝光吸收特性,设计和制备高蓝光响应度硅基可见光光电探测器具有重要的参考价值。

磁控溅射制备Au纳米颗粒及其局域表面等离激元共振特性研究

通过磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了Au薄膜,经过热退火处理形成了不同表面形貌和尺寸的Au纳米颗粒。通过XRD、AFM和紫外可见光谱研究了薄膜的质量、表面形貌、尺寸和光谱特性,分析了不同表面形貌和尺寸的Au纳米颗粒对局域表面等离激元共振的影响。研究表明:随着退火温度的升高,Au薄膜由各向异性的蠕虫状结构逐渐变成规则的纳米颗粒,退火温度越高,Au纳米颗粒越接近于圆形,颗粒间距越大,导致局域表面等离激元共振峰位发生蓝移,半峰宽变窄;另外溅射时间对Au纳米颗粒的影响也很大,随着溅射时间的增加,颗粒尺寸变大,变得不再均匀,局域表面等离激元共振峰发生红移、宽化和向长波段上扬。

层级人工等离激元结构增强的太赫兹光电导天线(特邀)(英文)

为提高太赫兹光电导天线输出效率,提出了一种基于层级人工等离激元结构的光电导天线的设计方法。层级人工等离激元结构由纳米尺度金属块阵列和微米尺度周期栅格结合而成,理论与仿真结果表明,前者通过人工局域表面等离激元谐振效应可提高光子-电子转换效率,后者则利用人工表面等离激元结构基模的禁带和高阶模式与电流源模式之间的正交性增强了光电导天线的垂直方向性。集成了层级人工等离激元结构的光电导天线结合了两种结构的优点,数值计算结果表明,其输出效率优于分别采用两种结构的方案。相较于未改进的光电导天线,层级人工等离激元结构在较宽频带范围内(0.86~1.51 THz)实现了光电导天线垂直方向辐射功率密度的提高。

等离激元纳米杯的研究进展

等离激元纳米杯因其结构的非对称分布,显示出独特的电场磁场分布调制、光弯曲、强光散射和高光热转换效率等特性,其制备方法和多领域应用都获得了广泛研究。综述了等离激元纳米杯特别是金纳米杯的制备方法,包括基于微纳加工的物理制备方法和湿化学合成方法,分析对比了各种制备方法的优缺点及适用领域。介绍了等离激元纳米杯的光物理学特性,包括等离激元共振模式、吸收散射光谱特性和电场磁场特性,着重展示了纳米杯参数调谐特性。总结了等离激元纳米杯在光电器件和生物医学等领域的重要应用。最后对等离激元纳米杯的发展趋势与挑战进行了展望。

纳米银六角阵列在掺氧氮化硅中的局域表面等离激元共振特性仿真

通过COMSOL Multiphysics和Lumerical FDTD solution对不同尺寸纳米银六角阵列在非晶态掺氧氮化硅(a-SiN_x:O)介质中的局域表面等离激元共振(LSPR)特性进行仿真,计算结果表明半径为25 nm的纳米银六角阵列形成的局域表面等离激元(LSP)与厚度为70 nm的a-SiN_x:O的蓝光发射(460 nm)的共振效果最为显著,随着纳米银颗粒尺寸的增大其消光共振峰红移.在460 nm波长激发下半径为25 nm的纳米银阵列在a-SiN_x:O中的极化强度和表面极化电荷的分布模拟证明了该阵列在460 nm激发下形成的LSP为偶极子极化模式,通过对该尺寸的纳米银阵列的LSP在a-SiN_x:O中的最强垂直辐射空间计算,获得了银颗粒上方a-SiN_x:O的最佳厚度为30 nm,仿真结果对硅基蓝光发射器件(450-460 nm)的设计提供了重要的理论参考.

基于等效局域表面等离激元的无源无线温度传感器

温度是电力系统中设备运行状态的关键参数,高压变电器、电缆接头等电力设备故障的发生常伴随着温度异常升高。对电力设备的温度进行无线实时监测,可以快速发现温度异常变化,有效防止事故发生。无源无线传感器不采用电池供电,有利于降低成本和提高系统的鲁棒性和稳定性。基于等效局域表面等离激元(ELSPs)的无源无线温度传感器,对环境温度变化敏感,可实现对温度变化的实时监测。仿真结果表明:该无源无线温度传感器可有效感知温度变化,保障电力系统安全运行。

基于人工局域表面等离激元的非金属复合材料缺陷检测

文章提出了一种基于人工局域表面等离激元的新型微波传感器,用于检测非金属复合材料中的缺陷.所提出的人工局域表面等离激元结构使该传感器的电场高度集中,大大提高了传感器的检测灵敏度.传感器的检测机理是基于缺陷对传感器近场的干扰,导致谐振频率的偏移.实验结果中可成功检测到距离被测物表面0.5mm,其半径为5mm,厚度为0.5mm的亚表面缺陷.仿真和实验结果具有较好的一致性,表明所提出的人工局域表面等离子体激元传感器对非金属复合材料的亚表面缺陷有较好的检测效果.

纳米颗粒局域表面等离激元共振的光谱特性研究进展

LSPR与以往的SPR相比,具有独特的光学特性,在紫外-可见光区域表现强吸收作用的光学响应,且在温度,生物以及化学等传感器领域做出了比较独特的研究。通过对LSPR在传感器领域已有成果的论述,将这些内容呈现给读者。

空间填充型曲线的人工局域表面等离激元共振特性研究

本文提出了一种基于空间填充曲线的超构表面结构,利用理论分析、数值仿真的方法研究了该超构表面的近场电磁特性,实现了高度局域及高品质因子(Q-factor)的多阶人工局域表面等离激元共振(spoof plasmon resonances)。我们发现采用不同结构形状和尺寸的空间填充曲线均可产生共振频率规则分布的多阶谐振模式,通过调整结构的等效波导长度,可同时获得高的谐振波长/结构尺寸压缩比与高品质因子。空间填充曲线所支持的人工局域表面等离激元由磁偶极子与电偶极子模式交替支持;其余参数不变的情况下改变空间填充曲线的分布形式,结构所支持的表面等离激元的谐振特性不受形状曲折的影响,而只与等效波导总长度有关。此外,近场模式的强度分布随着空气波导的走向而改变,可根据实际需求对结构进行特定排布。本文的研究结果对设计基于空间填充曲线的小型化高品质因子电磁谐振器件具有重要的指导意义。